]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/cpuprof.go
runtime: mark several types go:notinheap
[gostls13.git] / src / runtime / cpuprof.go
1 // Copyright 2011 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // CPU profiling.
6 // Based on algorithms and data structures used in
7 // https://github.com/google/pprof.
8 //
9 // The main difference between this code and the google-perftools
10 // code is that this code is written to allow copying the profile data
11 // to an arbitrary io.Writer, while the google-perftools code always
12 // writes to an operating system file.
13 //
14 // The signal handler for the profiling clock tick adds a new stack trace
15 // to a hash table tracking counts for recent traces. Most clock ticks
16 // hit in the cache. In the event of a cache miss, an entry must be
17 // evicted from the hash table, copied to a log that will eventually be
18 // written as profile data. The google-perftools code flushed the
19 // log itself during the signal handler. This code cannot do that, because
20 // the io.Writer might block or need system calls or locks that are not
21 // safe to use from within the signal handler. Instead, we split the log
22 // into two halves and let the signal handler fill one half while a goroutine
23 // is writing out the other half. When the signal handler fills its half, it
24 // offers to swap with the goroutine. If the writer is not done with its half,
25 // we lose the stack trace for this clock tick (and record that loss).
26 // The goroutine interacts with the signal handler by calling getprofile() to
27 // get the next log piece to write, implicitly handing back the last log
28 // piece it obtained.
29 //
30 // The state of this dance between the signal handler and the goroutine
31 // is encoded in the Profile.handoff field. If handoff == 0, then the goroutine
32 // is not using either log half and is waiting (or will soon be waiting) for
33 // a new piece by calling notesleep(&p.wait).  If the signal handler
34 // changes handoff from 0 to non-zero, it must call notewakeup(&p.wait)
35 // to wake the goroutine. The value indicates the number of entries in the
36 // log half being handed off. The goroutine leaves the non-zero value in
37 // place until it has finished processing the log half and then flips the number
38 // back to zero. Setting the high bit in handoff means that the profiling is over,
39 // and the goroutine is now in charge of flushing the data left in the hash table
40 // to the log and returning that data.
41 //
42 // The handoff field is manipulated using atomic operations.
43 // For the most part, the manipulation of handoff is orderly: if handoff == 0
44 // then the signal handler owns it and can change it to non-zero.
45 // If handoff != 0 then the goroutine owns it and can change it to zero.
46 // If that were the end of the story then we would not need to manipulate
47 // handoff using atomic operations. The operations are needed, however,
48 // in order to let the log closer set the high bit to indicate "EOF" safely
49 // in the situation when normally the goroutine "owns" handoff.
50
51 package runtime
52
53 import (
54         "runtime/internal/atomic"
55         "unsafe"
56 )
57
58 const (
59         numBuckets      = 1 << 10
60         logSize         = 1 << 17
61         assoc           = 4
62         maxCPUProfStack = 64
63 )
64
65 type cpuprofEntry struct {
66         count uintptr
67         depth int
68         stack [maxCPUProfStack]uintptr
69 }
70
71 //go:notinheap
72 type cpuProfile struct {
73         on     bool    // profiling is on
74         wait   note    // goroutine waits here
75         count  uintptr // tick count
76         evicts uintptr // eviction count
77         lost   uintptr // lost ticks that need to be logged
78
79         // Active recent stack traces.
80         hash [numBuckets]struct {
81                 entry [assoc]cpuprofEntry
82         }
83
84         // Log of traces evicted from hash.
85         // Signal handler has filled log[toggle][:nlog].
86         // Goroutine is writing log[1-toggle][:handoff].
87         log     [2][logSize / 2]uintptr
88         nlog    int
89         toggle  int32
90         handoff uint32
91
92         // Writer state.
93         // Writer maintains its own toggle to avoid races
94         // looking at signal handler's toggle.
95         wtoggle  uint32
96         wholding bool // holding & need to release a log half
97         flushing bool // flushing hash table - profile is over
98         eodSent  bool // special end-of-data record sent; => flushing
99 }
100
101 var (
102         cpuprofLock mutex
103         cpuprof     *cpuProfile
104
105         eod = [3]uintptr{0, 1, 0}
106 )
107
108 func setcpuprofilerate(hz int32) {
109         systemstack(func() {
110                 setcpuprofilerate_m(hz)
111         })
112 }
113
114 // lostProfileData is a no-op function used in profiles
115 // to mark the number of profiling stack traces that were
116 // discarded due to slow data writers.
117 func lostProfileData() {}
118
119 // SetCPUProfileRate sets the CPU profiling rate to hz samples per second.
120 // If hz <= 0, SetCPUProfileRate turns off profiling.
121 // If the profiler is on, the rate cannot be changed without first turning it off.
122 //
123 // Most clients should use the runtime/pprof package or
124 // the testing package's -test.cpuprofile flag instead of calling
125 // SetCPUProfileRate directly.
126 func SetCPUProfileRate(hz int) {
127         // Clamp hz to something reasonable.
128         if hz < 0 {
129                 hz = 0
130         }
131         if hz > 1000000 {
132                 hz = 1000000
133         }
134
135         lock(&cpuprofLock)
136         if hz > 0 {
137                 if cpuprof == nil {
138                         cpuprof = (*cpuProfile)(sysAlloc(unsafe.Sizeof(cpuProfile{}), &memstats.other_sys))
139                         if cpuprof == nil {
140                                 print("runtime: cpu profiling cannot allocate memory\n")
141                                 unlock(&cpuprofLock)
142                                 return
143                         }
144                 }
145                 if cpuprof.on || cpuprof.handoff != 0 {
146                         print("runtime: cannot set cpu profile rate until previous profile has finished.\n")
147                         unlock(&cpuprofLock)
148                         return
149                 }
150
151                 cpuprof.on = true
152                 // pprof binary header format.
153                 // https://github.com/gperftools/gperftools/blob/master/src/profiledata.cc#L119
154                 p := &cpuprof.log[0]
155                 p[0] = 0                 // count for header
156                 p[1] = 3                 // depth for header
157                 p[2] = 0                 // version number
158                 p[3] = uintptr(1e6 / hz) // period (microseconds)
159                 p[4] = 0
160                 cpuprof.nlog = 5
161                 cpuprof.toggle = 0
162                 cpuprof.wholding = false
163                 cpuprof.wtoggle = 0
164                 cpuprof.flushing = false
165                 cpuprof.eodSent = false
166                 noteclear(&cpuprof.wait)
167
168                 setcpuprofilerate(int32(hz))
169         } else if cpuprof != nil && cpuprof.on {
170                 setcpuprofilerate(0)
171                 cpuprof.on = false
172
173                 // Now add is not running anymore, and getprofile owns the entire log.
174                 // Set the high bit in cpuprof.handoff to tell getprofile.
175                 for {
176                         n := cpuprof.handoff
177                         if n&0x80000000 != 0 {
178                                 print("runtime: setcpuprofile(off) twice\n")
179                         }
180                         if atomic.Cas(&cpuprof.handoff, n, n|0x80000000) {
181                                 if n == 0 {
182                                         // we did the transition from 0 -> nonzero so we wake getprofile
183                                         notewakeup(&cpuprof.wait)
184                                 }
185                                 break
186                         }
187                 }
188         }
189         unlock(&cpuprofLock)
190 }
191
192 // add adds the stack trace to the profile.
193 // It is called from signal handlers and other limited environments
194 // and cannot allocate memory or acquire locks that might be
195 // held at the time of the signal, nor can it use substantial amounts
196 // of stack. It is allowed to call evict.
197 //go:nowritebarrierrec
198 func (p *cpuProfile) add(pc []uintptr) {
199         p.addWithFlushlog(pc, p.flushlog)
200 }
201
202 // addWithFlushlog implements add and addNonGo.
203 // It is called from signal handlers and other limited environments
204 // and cannot allocate memory or acquire locks that might be
205 // held at the time of the signal, nor can it use substantial amounts
206 // of stack. It may be called by a signal handler with no g or m.
207 // It is allowed to call evict, passing the flushlog parameter.
208 //go:nosplit
209 //go:nowritebarrierrec
210 func (p *cpuProfile) addWithFlushlog(pc []uintptr, flushlog func() bool) {
211         if len(pc) > maxCPUProfStack {
212                 pc = pc[:maxCPUProfStack]
213         }
214
215         // Compute hash.
216         h := uintptr(0)
217         for _, x := range pc {
218                 h = h<<8 | (h >> (8 * (unsafe.Sizeof(h) - 1)))
219                 h += x * 41
220         }
221         p.count++
222
223         // Add to entry count if already present in table.
224         b := &p.hash[h%numBuckets]
225 Assoc:
226         for i := range b.entry {
227                 e := &b.entry[i]
228                 if e.depth != len(pc) {
229                         continue
230                 }
231                 for j := range pc {
232                         if e.stack[j] != pc[j] {
233                                 continue Assoc
234                         }
235                 }
236                 e.count++
237                 return
238         }
239
240         // Evict entry with smallest count.
241         var e *cpuprofEntry
242         for i := range b.entry {
243                 if e == nil || b.entry[i].count < e.count {
244                         e = &b.entry[i]
245                 }
246         }
247         if e.count > 0 {
248                 if !p.evict(e, flushlog) {
249                         // Could not evict entry. Record lost stack.
250                         p.lost++
251                         return
252                 }
253                 p.evicts++
254         }
255
256         // Reuse the newly evicted entry.
257         e.depth = len(pc)
258         e.count = 1
259         copy(e.stack[:], pc)
260 }
261
262 // evict copies the given entry's data into the log, so that
263 // the entry can be reused.  evict is called from add, which
264 // is called from the profiling signal handler, so it must not
265 // allocate memory or block, and it may be called with no g or m.
266 // It is safe to call flushlog. evict returns true if the entry was
267 // copied to the log, false if there was no room available.
268 //go:nosplit
269 //go:nowritebarrierrec
270 func (p *cpuProfile) evict(e *cpuprofEntry, flushlog func() bool) bool {
271         d := e.depth
272         nslot := d + 2
273         log := &p.log[p.toggle]
274         if p.nlog+nslot > len(log) {
275                 if !flushlog() {
276                         return false
277                 }
278                 log = &p.log[p.toggle]
279         }
280
281         q := p.nlog
282         log[q] = e.count
283         q++
284         log[q] = uintptr(d)
285         q++
286         copy(log[q:], e.stack[:d])
287         q += d
288         p.nlog = q
289         e.count = 0
290         return true
291 }
292
293 // flushlog tries to flush the current log and switch to the other one.
294 // flushlog is called from evict, called from add, called from the signal handler,
295 // so it cannot allocate memory or block. It can try to swap logs with
296 // the writing goroutine, as explained in the comment at the top of this file.
297 //go:nowritebarrierrec
298 func (p *cpuProfile) flushlog() bool {
299         if !atomic.Cas(&p.handoff, 0, uint32(p.nlog)) {
300                 return false
301         }
302         notewakeup(&p.wait)
303
304         p.toggle = 1 - p.toggle
305         log := &p.log[p.toggle]
306         q := 0
307         if p.lost > 0 {
308                 lostPC := funcPC(lostProfileData)
309                 log[0] = p.lost
310                 log[1] = 1
311                 log[2] = lostPC
312                 q = 3
313                 p.lost = 0
314         }
315         p.nlog = q
316         return true
317 }
318
319 // addNonGo is like add, but runs on a non-Go thread.
320 // It can't do anything that might need a g or an m.
321 // With this entry point, we don't try to flush the log when evicting an
322 // old entry. Instead, we just drop the stack trace if we're out of space.
323 //go:nosplit
324 //go:nowritebarrierrec
325 func (p *cpuProfile) addNonGo(pc []uintptr) {
326         p.addWithFlushlog(pc, func() bool { return false })
327 }
328
329 // getprofile blocks until the next block of profiling data is available
330 // and returns it as a []byte. It is called from the writing goroutine.
331 func (p *cpuProfile) getprofile() []byte {
332         if p == nil {
333                 return nil
334         }
335
336         if p.wholding {
337                 // Release previous log to signal handling side.
338                 // Loop because we are racing against SetCPUProfileRate(0).
339                 for {
340                         n := p.handoff
341                         if n == 0 {
342                                 print("runtime: phase error during cpu profile handoff\n")
343                                 return nil
344                         }
345                         if n&0x80000000 != 0 {
346                                 p.wtoggle = 1 - p.wtoggle
347                                 p.wholding = false
348                                 p.flushing = true
349                                 goto Flush
350                         }
351                         if atomic.Cas(&p.handoff, n, 0) {
352                                 break
353                         }
354                 }
355                 p.wtoggle = 1 - p.wtoggle
356                 p.wholding = false
357         }
358
359         if p.flushing {
360                 goto Flush
361         }
362
363         if !p.on && p.handoff == 0 {
364                 return nil
365         }
366
367         // Wait for new log.
368         notetsleepg(&p.wait, -1)
369         noteclear(&p.wait)
370
371         switch n := p.handoff; {
372         case n == 0:
373                 print("runtime: phase error during cpu profile wait\n")
374                 return nil
375         case n == 0x80000000:
376                 p.flushing = true
377                 goto Flush
378         default:
379                 n &^= 0x80000000
380
381                 // Return new log to caller.
382                 p.wholding = true
383
384                 return uintptrBytes(p.log[p.wtoggle][:n])
385         }
386
387         // In flush mode.
388         // Add is no longer being called. We own the log.
389         // Also, p.handoff is non-zero, so flushlog will return false.
390         // Evict the hash table into the log and return it.
391 Flush:
392         for i := range p.hash {
393                 b := &p.hash[i]
394                 for j := range b.entry {
395                         e := &b.entry[j]
396                         if e.count > 0 && !p.evict(e, p.flushlog) {
397                                 // Filled the log. Stop the loop and return what we've got.
398                                 break Flush
399                         }
400                 }
401         }
402
403         // Return pending log data.
404         if p.nlog > 0 {
405                 // Note that we're using toggle now, not wtoggle,
406                 // because we're working on the log directly.
407                 n := p.nlog
408                 p.nlog = 0
409                 return uintptrBytes(p.log[p.toggle][:n])
410         }
411
412         // Made it through the table without finding anything to log.
413         if !p.eodSent {
414                 // We may not have space to append this to the partial log buf,
415                 // so we always return a new slice for the end-of-data marker.
416                 p.eodSent = true
417                 return uintptrBytes(eod[:])
418         }
419
420         // Finally done. Clean up and return nil.
421         p.flushing = false
422         if !atomic.Cas(&p.handoff, p.handoff, 0) {
423                 print("runtime: profile flush racing with something\n")
424         }
425         return nil
426 }
427
428 func uintptrBytes(p []uintptr) (ret []byte) {
429         pp := (*slice)(unsafe.Pointer(&p))
430         rp := (*slice)(unsafe.Pointer(&ret))
431
432         rp.array = pp.array
433         rp.len = pp.len * int(unsafe.Sizeof(p[0]))
434         rp.cap = rp.len
435
436         return
437 }
438
439 // CPUProfile returns the next chunk of binary CPU profiling stack trace data,
440 // blocking until data is available. If profiling is turned off and all the profile
441 // data accumulated while it was on has been returned, CPUProfile returns nil.
442 // The caller must save the returned data before calling CPUProfile again.
443 //
444 // Most clients should use the runtime/pprof package or
445 // the testing package's -test.cpuprofile flag instead of calling
446 // CPUProfile directly.
447 func CPUProfile() []byte {
448         return cpuprof.getprofile()
449 }
450
451 //go:linkname runtime_pprof_runtime_cyclesPerSecond runtime/pprof.runtime_cyclesPerSecond
452 func runtime_pprof_runtime_cyclesPerSecond() int64 {
453         return tickspersecond()
454 }