]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/malloc.go
[dev.ssa] cmd/compile: better register allocation
[gostls13.git] / src / runtime / malloc.go
1 // Copyright 2014 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 // Memory allocator, based on tcmalloc.
6 // http://goog-perftools.sourceforge.net/doc/tcmalloc.html
7
8 // The main allocator works in runs of pages.
9 // Small allocation sizes (up to and including 32 kB) are
10 // rounded to one of about 100 size classes, each of which
11 // has its own free list of objects of exactly that size.
12 // Any free page of memory can be split into a set of objects
13 // of one size class, which are then managed using free list
14 // allocators.
15 //
16 // The allocator's data structures are:
17 //
18 //      FixAlloc: a free-list allocator for fixed-size objects,
19 //              used to manage storage used by the allocator.
20 //      MHeap: the malloc heap, managed at page (4096-byte) granularity.
21 //      MSpan: a run of pages managed by the MHeap.
22 //      MCentral: a shared free list for a given size class.
23 //      MCache: a per-thread (in Go, per-P) cache for small objects.
24 //      MStats: allocation statistics.
25 //
26 // Allocating a small object proceeds up a hierarchy of caches:
27 //
28 //      1. Round the size up to one of the small size classes
29 //         and look in the corresponding MCache free list.
30 //         If the list is not empty, allocate an object from it.
31 //         This can all be done without acquiring a lock.
32 //
33 //      2. If the MCache free list is empty, replenish it by
34 //         taking a bunch of objects from the MCentral free list.
35 //         Moving a bunch amortizes the cost of acquiring the MCentral lock.
36 //
37 //      3. If the MCentral free list is empty, replenish it by
38 //         allocating a run of pages from the MHeap and then
39 //         chopping that memory into objects of the given size.
40 //         Allocating many objects amortizes the cost of locking
41 //         the heap.
42 //
43 //      4. If the MHeap is empty or has no page runs large enough,
44 //         allocate a new group of pages (at least 1MB) from the
45 //         operating system.  Allocating a large run of pages
46 //         amortizes the cost of talking to the operating system.
47 //
48 // Freeing a small object proceeds up the same hierarchy:
49 //
50 //      1. Look up the size class for the object and add it to
51 //         the MCache free list.
52 //
53 //      2. If the MCache free list is too long or the MCache has
54 //         too much memory, return some to the MCentral free lists.
55 //
56 //      3. If all the objects in a given span have returned to
57 //         the MCentral list, return that span to the page heap.
58 //
59 //      4. If the heap has too much memory, return some to the
60 //         operating system.
61 //
62 //      TODO(rsc): Step 4 is not implemented.
63 //
64 // Allocating and freeing a large object uses the page heap
65 // directly, bypassing the MCache and MCentral free lists.
66 //
67 // The small objects on the MCache and MCentral free lists
68 // may or may not be zeroed.  They are zeroed if and only if
69 // the second word of the object is zero.  A span in the
70 // page heap is zeroed unless s->needzero is set. When a span
71 // is allocated to break into small objects, it is zeroed if needed
72 // and s->needzero is set. There are two main benefits to delaying the
73 // zeroing this way:
74 //
75 //      1. stack frames allocated from the small object lists
76 //         or the page heap can avoid zeroing altogether.
77 //      2. the cost of zeroing when reusing a small object is
78 //         charged to the mutator, not the garbage collector.
79 //
80 // This code was written with an eye toward translating to Go
81 // in the future.  Methods have the form Type_Method(Type *t, ...).
82
83 package runtime
84
85 import "unsafe"
86
87 const (
88         debugMalloc = false
89
90         flagNoScan = _FlagNoScan
91         flagNoZero = _FlagNoZero
92
93         maxTinySize   = _TinySize
94         tinySizeClass = _TinySizeClass
95         maxSmallSize  = _MaxSmallSize
96
97         pageShift = _PageShift
98         pageSize  = _PageSize
99         pageMask  = _PageMask
100
101         mSpanInUse = _MSpanInUse
102
103         concurrentSweep = _ConcurrentSweep
104 )
105
106 const (
107         _PageShift = 13
108         _PageSize  = 1 << _PageShift
109         _PageMask  = _PageSize - 1
110 )
111
112 const (
113         // _64bit = 1 on 64-bit systems, 0 on 32-bit systems
114         _64bit = 1 << (^uintptr(0) >> 63) / 2
115
116         // Computed constant.  The definition of MaxSmallSize and the
117         // algorithm in msize.go produces some number of different allocation
118         // size classes.  NumSizeClasses is that number.  It's needed here
119         // because there are static arrays of this length; when msize runs its
120         // size choosing algorithm it double-checks that NumSizeClasses agrees.
121         _NumSizeClasses = 67
122
123         // Tunable constants.
124         _MaxSmallSize = 32 << 10
125
126         // Tiny allocator parameters, see "Tiny allocator" comment in malloc.go.
127         _TinySize      = 16
128         _TinySizeClass = 2
129
130         _FixAllocChunk  = 16 << 10               // Chunk size for FixAlloc
131         _MaxMHeapList   = 1 << (20 - _PageShift) // Maximum page length for fixed-size list in MHeap.
132         _HeapAllocChunk = 1 << 20                // Chunk size for heap growth
133
134         // Per-P, per order stack segment cache size.
135         _StackCacheSize = 32 * 1024
136
137         // Number of orders that get caching.  Order 0 is FixedStack
138         // and each successive order is twice as large.
139         // We want to cache 2KB, 4KB, 8KB, and 16KB stacks.  Larger stacks
140         // will be allocated directly.
141         // Since FixedStack is different on different systems, we
142         // must vary NumStackOrders to keep the same maximum cached size.
143         //   OS               | FixedStack | NumStackOrders
144         //   -----------------+------------+---------------
145         //   linux/darwin/bsd | 2KB        | 4
146         //   windows/32       | 4KB        | 3
147         //   windows/64       | 8KB        | 2
148         //   plan9            | 4KB        | 3
149         _NumStackOrders = 4 - ptrSize/4*goos_windows - 1*goos_plan9
150
151         // Number of bits in page to span calculations (4k pages).
152         // On Windows 64-bit we limit the arena to 32GB or 35 bits.
153         // Windows counts memory used by page table into committed memory
154         // of the process, so we can't reserve too much memory.
155         // See https://golang.org/issue/5402 and https://golang.org/issue/5236.
156         // On other 64-bit platforms, we limit the arena to 512GB, or 39 bits.
157         // On 32-bit, we don't bother limiting anything, so we use the full 32-bit address.
158         // On Darwin/arm64, we cannot reserve more than ~5GB of virtual memory,
159         // but as most devices have less than 4GB of physical memory anyway, we
160         // try to be conservative here, and only ask for a 2GB heap.
161         _MHeapMap_TotalBits = (_64bit*goos_windows)*35 + (_64bit*(1-goos_windows)*(1-goos_darwin*goarch_arm64))*39 + goos_darwin*goarch_arm64*31 + (1-_64bit)*32
162         _MHeapMap_Bits      = _MHeapMap_TotalBits - _PageShift
163
164         _MaxMem = uintptr(1<<_MHeapMap_TotalBits - 1)
165
166         // Max number of threads to run garbage collection.
167         // 2, 3, and 4 are all plausible maximums depending
168         // on the hardware details of the machine.  The garbage
169         // collector scales well to 32 cpus.
170         _MaxGcproc = 32
171 )
172
173 // Page number (address>>pageShift)
174 type pageID uintptr
175
176 const _MaxArena32 = 2 << 30
177
178 // OS-defined helpers:
179 //
180 // sysAlloc obtains a large chunk of zeroed memory from the
181 // operating system, typically on the order of a hundred kilobytes
182 // or a megabyte.
183 // NOTE: sysAlloc returns OS-aligned memory, but the heap allocator
184 // may use larger alignment, so the caller must be careful to realign the
185 // memory obtained by sysAlloc.
186 //
187 // SysUnused notifies the operating system that the contents
188 // of the memory region are no longer needed and can be reused
189 // for other purposes.
190 // SysUsed notifies the operating system that the contents
191 // of the memory region are needed again.
192 //
193 // SysFree returns it unconditionally; this is only used if
194 // an out-of-memory error has been detected midway through
195 // an allocation.  It is okay if SysFree is a no-op.
196 //
197 // SysReserve reserves address space without allocating memory.
198 // If the pointer passed to it is non-nil, the caller wants the
199 // reservation there, but SysReserve can still choose another
200 // location if that one is unavailable.  On some systems and in some
201 // cases SysReserve will simply check that the address space is
202 // available and not actually reserve it.  If SysReserve returns
203 // non-nil, it sets *reserved to true if the address space is
204 // reserved, false if it has merely been checked.
205 // NOTE: SysReserve returns OS-aligned memory, but the heap allocator
206 // may use larger alignment, so the caller must be careful to realign the
207 // memory obtained by sysAlloc.
208 //
209 // SysMap maps previously reserved address space for use.
210 // The reserved argument is true if the address space was really
211 // reserved, not merely checked.
212 //
213 // SysFault marks a (already sysAlloc'd) region to fault
214 // if accessed.  Used only for debugging the runtime.
215
216 func mallocinit() {
217         initSizes()
218
219         if class_to_size[_TinySizeClass] != _TinySize {
220                 throw("bad TinySizeClass")
221         }
222
223         var p, bitmapSize, spansSize, pSize, limit uintptr
224         var reserved bool
225
226         // limit = runtime.memlimit();
227         // See https://golang.org/issue/5049
228         // TODO(rsc): Fix after 1.1.
229         limit = 0
230
231         // Set up the allocation arena, a contiguous area of memory where
232         // allocated data will be found.  The arena begins with a bitmap large
233         // enough to hold 4 bits per allocated word.
234         if ptrSize == 8 && (limit == 0 || limit > 1<<30) {
235                 // On a 64-bit machine, allocate from a single contiguous reservation.
236                 // 512 GB (MaxMem) should be big enough for now.
237                 //
238                 // The code will work with the reservation at any address, but ask
239                 // SysReserve to use 0x0000XXc000000000 if possible (XX=00...7f).
240                 // Allocating a 512 GB region takes away 39 bits, and the amd64
241                 // doesn't let us choose the top 17 bits, so that leaves the 9 bits
242                 // in the middle of 0x00c0 for us to choose.  Choosing 0x00c0 means
243                 // that the valid memory addresses will begin 0x00c0, 0x00c1, ..., 0x00df.
244                 // In little-endian, that's c0 00, c1 00, ..., df 00. None of those are valid
245                 // UTF-8 sequences, and they are otherwise as far away from
246                 // ff (likely a common byte) as possible.  If that fails, we try other 0xXXc0
247                 // addresses.  An earlier attempt to use 0x11f8 caused out of memory errors
248                 // on OS X during thread allocations.  0x00c0 causes conflicts with
249                 // AddressSanitizer which reserves all memory up to 0x0100.
250                 // These choices are both for debuggability and to reduce the
251                 // odds of a conservative garbage collector (as is still used in gccgo)
252                 // not collecting memory because some non-pointer block of memory
253                 // had a bit pattern that matched a memory address.
254                 //
255                 // Actually we reserve 544 GB (because the bitmap ends up being 32 GB)
256                 // but it hardly matters: e0 00 is not valid UTF-8 either.
257                 //
258                 // If this fails we fall back to the 32 bit memory mechanism
259                 //
260                 // However, on arm64, we ignore all this advice above and slam the
261                 // allocation at 0x40 << 32 because when using 4k pages with 3-level
262                 // translation buffers, the user address space is limited to 39 bits
263                 // On darwin/arm64, the address space is even smaller.
264                 arenaSize := round(_MaxMem, _PageSize)
265                 bitmapSize = arenaSize / (ptrSize * 8 / 4)
266                 spansSize = arenaSize / _PageSize * ptrSize
267                 spansSize = round(spansSize, _PageSize)
268                 for i := 0; i <= 0x7f; i++ {
269                         switch {
270                         case GOARCH == "arm64" && GOOS == "darwin":
271                                 p = uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0x0013<<28)
272                         case GOARCH == "arm64":
273                                 p = uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0x0040<<32)
274                         default:
275                                 p = uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0x00c0<<32)
276                         }
277                         pSize = bitmapSize + spansSize + arenaSize + _PageSize
278                         p = uintptr(sysReserve(unsafe.Pointer(p), pSize, &reserved))
279                         if p != 0 {
280                                 break
281                         }
282                 }
283         }
284
285         if p == 0 {
286                 // On a 32-bit machine, we can't typically get away
287                 // with a giant virtual address space reservation.
288                 // Instead we map the memory information bitmap
289                 // immediately after the data segment, large enough
290                 // to handle another 2GB of mappings (256 MB),
291                 // along with a reservation for an initial arena.
292                 // When that gets used up, we'll start asking the kernel
293                 // for any memory anywhere and hope it's in the 2GB
294                 // following the bitmap (presumably the executable begins
295                 // near the bottom of memory, so we'll have to use up
296                 // most of memory before the kernel resorts to giving out
297                 // memory before the beginning of the text segment).
298                 //
299                 // Alternatively we could reserve 512 MB bitmap, enough
300                 // for 4GB of mappings, and then accept any memory the
301                 // kernel threw at us, but normally that's a waste of 512 MB
302                 // of address space, which is probably too much in a 32-bit world.
303
304                 // If we fail to allocate, try again with a smaller arena.
305                 // This is necessary on Android L where we share a process
306                 // with ART, which reserves virtual memory aggressively.
307                 arenaSizes := []uintptr{
308                         512 << 20,
309                         256 << 20,
310                         128 << 20,
311                 }
312
313                 for _, arenaSize := range arenaSizes {
314                         bitmapSize = _MaxArena32 / (ptrSize * 8 / 4)
315                         spansSize = _MaxArena32 / _PageSize * ptrSize
316                         if limit > 0 && arenaSize+bitmapSize+spansSize > limit {
317                                 bitmapSize = (limit / 9) &^ ((1 << _PageShift) - 1)
318                                 arenaSize = bitmapSize * 8
319                                 spansSize = arenaSize / _PageSize * ptrSize
320                         }
321                         spansSize = round(spansSize, _PageSize)
322
323                         // SysReserve treats the address we ask for, end, as a hint,
324                         // not as an absolute requirement.  If we ask for the end
325                         // of the data segment but the operating system requires
326                         // a little more space before we can start allocating, it will
327                         // give out a slightly higher pointer.  Except QEMU, which
328                         // is buggy, as usual: it won't adjust the pointer upward.
329                         // So adjust it upward a little bit ourselves: 1/4 MB to get
330                         // away from the running binary image and then round up
331                         // to a MB boundary.
332                         p = round(firstmoduledata.end+(1<<18), 1<<20)
333                         pSize = bitmapSize + spansSize + arenaSize + _PageSize
334                         p = uintptr(sysReserve(unsafe.Pointer(p), pSize, &reserved))
335                         if p != 0 {
336                                 break
337                         }
338                 }
339                 if p == 0 {
340                         throw("runtime: cannot reserve arena virtual address space")
341                 }
342         }
343
344         // PageSize can be larger than OS definition of page size,
345         // so SysReserve can give us a PageSize-unaligned pointer.
346         // To overcome this we ask for PageSize more and round up the pointer.
347         p1 := round(p, _PageSize)
348
349         mheap_.spans = (**mspan)(unsafe.Pointer(p1))
350         mheap_.bitmap = p1 + spansSize
351         mheap_.arena_start = p1 + (spansSize + bitmapSize)
352         mheap_.arena_used = mheap_.arena_start
353         mheap_.arena_end = p + pSize
354         mheap_.arena_reserved = reserved
355
356         if mheap_.arena_start&(_PageSize-1) != 0 {
357                 println("bad pagesize", hex(p), hex(p1), hex(spansSize), hex(bitmapSize), hex(_PageSize), "start", hex(mheap_.arena_start))
358                 throw("misrounded allocation in mallocinit")
359         }
360
361         // Initialize the rest of the allocator.
362         mHeap_Init(&mheap_, spansSize)
363         _g_ := getg()
364         _g_.m.mcache = allocmcache()
365 }
366
367 // sysReserveHigh reserves space somewhere high in the address space.
368 // sysReserve doesn't actually reserve the full amount requested on
369 // 64-bit systems, because of problems with ulimit. Instead it checks
370 // that it can get the first 64 kB and assumes it can grab the rest as
371 // needed. This doesn't work well with the "let the kernel pick an address"
372 // mode, so don't do that. Pick a high address instead.
373 func sysReserveHigh(n uintptr, reserved *bool) unsafe.Pointer {
374         if ptrSize == 4 {
375                 return sysReserve(nil, n, reserved)
376         }
377
378         for i := 0; i <= 0x7f; i++ {
379                 p := uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0x00c0<<32)
380                 *reserved = false
381                 p = uintptr(sysReserve(unsafe.Pointer(p), n, reserved))
382                 if p != 0 {
383                         return unsafe.Pointer(p)
384                 }
385         }
386
387         return sysReserve(nil, n, reserved)
388 }
389
390 func mHeap_SysAlloc(h *mheap, n uintptr) unsafe.Pointer {
391         if n > uintptr(h.arena_end)-uintptr(h.arena_used) {
392                 // We are in 32-bit mode, maybe we didn't use all possible address space yet.
393                 // Reserve some more space.
394                 p_size := round(n+_PageSize, 256<<20)
395                 new_end := h.arena_end + p_size
396                 if new_end <= h.arena_start+_MaxArena32 {
397                         // TODO: It would be bad if part of the arena
398                         // is reserved and part is not.
399                         var reserved bool
400                         p := uintptr(sysReserve(unsafe.Pointer(h.arena_end), p_size, &reserved))
401                         if p == 0 {
402                                 return nil
403                         }
404                         if p == h.arena_end {
405                                 h.arena_end = new_end
406                                 h.arena_reserved = reserved
407                         } else if p+p_size <= h.arena_start+_MaxArena32 {
408                                 // Keep everything page-aligned.
409                                 // Our pages are bigger than hardware pages.
410                                 h.arena_end = p + p_size
411                                 used := p + (-uintptr(p) & (_PageSize - 1))
412                                 mHeap_MapBits(h, used)
413                                 mHeap_MapSpans(h, used)
414                                 h.arena_used = used
415                                 h.arena_reserved = reserved
416                         } else {
417                                 var stat uint64
418                                 sysFree(unsafe.Pointer(p), p_size, &stat)
419                         }
420                 }
421         }
422
423         if n <= uintptr(h.arena_end)-uintptr(h.arena_used) {
424                 // Keep taking from our reservation.
425                 p := h.arena_used
426                 sysMap(unsafe.Pointer(p), n, h.arena_reserved, &memstats.heap_sys)
427                 mHeap_MapBits(h, p+n)
428                 mHeap_MapSpans(h, p+n)
429                 h.arena_used = p + n
430                 if raceenabled {
431                         racemapshadow(unsafe.Pointer(p), n)
432                 }
433
434                 if uintptr(p)&(_PageSize-1) != 0 {
435                         throw("misrounded allocation in MHeap_SysAlloc")
436                 }
437                 return unsafe.Pointer(p)
438         }
439
440         // If using 64-bit, our reservation is all we have.
441         if uintptr(h.arena_end)-uintptr(h.arena_start) >= _MaxArena32 {
442                 return nil
443         }
444
445         // On 32-bit, once the reservation is gone we can
446         // try to get memory at a location chosen by the OS
447         // and hope that it is in the range we allocated bitmap for.
448         p_size := round(n, _PageSize) + _PageSize
449         p := uintptr(sysAlloc(p_size, &memstats.heap_sys))
450         if p == 0 {
451                 return nil
452         }
453
454         if p < h.arena_start || uintptr(p)+p_size-uintptr(h.arena_start) >= _MaxArena32 {
455                 print("runtime: memory allocated by OS (", p, ") not in usable range [", hex(h.arena_start), ",", hex(h.arena_start+_MaxArena32), ")\n")
456                 sysFree(unsafe.Pointer(p), p_size, &memstats.heap_sys)
457                 return nil
458         }
459
460         p_end := p + p_size
461         p += -p & (_PageSize - 1)
462         if uintptr(p)+n > uintptr(h.arena_used) {
463                 mHeap_MapBits(h, p+n)
464                 mHeap_MapSpans(h, p+n)
465                 h.arena_used = p + n
466                 if p_end > h.arena_end {
467                         h.arena_end = p_end
468                 }
469                 if raceenabled {
470                         racemapshadow(unsafe.Pointer(p), n)
471                 }
472         }
473
474         if uintptr(p)&(_PageSize-1) != 0 {
475                 throw("misrounded allocation in MHeap_SysAlloc")
476         }
477         return unsafe.Pointer(p)
478 }
479
480 // base address for all 0-byte allocations
481 var zerobase uintptr
482
483 const (
484         // flags to malloc
485         _FlagNoScan = 1 << 0 // GC doesn't have to scan object
486         _FlagNoZero = 1 << 1 // don't zero memory
487 )
488
489 // Allocate an object of size bytes.
490 // Small objects are allocated from the per-P cache's free lists.
491 // Large objects (> 32 kB) are allocated straight from the heap.
492 func mallocgc(size uintptr, typ *_type, flags uint32) unsafe.Pointer {
493         if gcphase == _GCmarktermination {
494                 throw("mallocgc called with gcphase == _GCmarktermination")
495         }
496
497         if size == 0 {
498                 return unsafe.Pointer(&zerobase)
499         }
500
501         if flags&flagNoScan == 0 && typ == nil {
502                 throw("malloc missing type")
503         }
504
505         if debug.sbrk != 0 {
506                 align := uintptr(16)
507                 if typ != nil {
508                         align = uintptr(typ.align)
509                 }
510                 return persistentalloc(size, align, &memstats.other_sys)
511         }
512
513         // assistG is the G to charge for this allocation, or nil if
514         // GC is not currently active.
515         var assistG *g
516         if gcBlackenEnabled != 0 {
517                 // Charge the current user G for this allocation.
518                 assistG = getg()
519                 if assistG.m.curg != nil {
520                         assistG = assistG.m.curg
521                 }
522                 // Charge the allocation against the G. We'll account
523                 // for internal fragmentation at the end of mallocgc.
524                 assistG.gcAssistBytes -= int64(size)
525
526                 if assistG.gcAssistBytes < 0 {
527                         // This G is in debt. Assist the GC to correct
528                         // this before allocating. This must happen
529                         // before disabling preemption.
530                         gcAssistAlloc(assistG)
531                 }
532         }
533
534         // Set mp.mallocing to keep from being preempted by GC.
535         mp := acquirem()
536         if mp.mallocing != 0 {
537                 throw("malloc deadlock")
538         }
539         if mp.gsignal == getg() {
540                 throw("malloc during signal")
541         }
542         mp.mallocing = 1
543
544         shouldhelpgc := false
545         dataSize := size
546         c := gomcache()
547         var s *mspan
548         var x unsafe.Pointer
549         if size <= maxSmallSize {
550                 if flags&flagNoScan != 0 && size < maxTinySize {
551                         // Tiny allocator.
552                         //
553                         // Tiny allocator combines several tiny allocation requests
554                         // into a single memory block. The resulting memory block
555                         // is freed when all subobjects are unreachable. The subobjects
556                         // must be FlagNoScan (don't have pointers), this ensures that
557                         // the amount of potentially wasted memory is bounded.
558                         //
559                         // Size of the memory block used for combining (maxTinySize) is tunable.
560                         // Current setting is 16 bytes, which relates to 2x worst case memory
561                         // wastage (when all but one subobjects are unreachable).
562                         // 8 bytes would result in no wastage at all, but provides less
563                         // opportunities for combining.
564                         // 32 bytes provides more opportunities for combining,
565                         // but can lead to 4x worst case wastage.
566                         // The best case winning is 8x regardless of block size.
567                         //
568                         // Objects obtained from tiny allocator must not be freed explicitly.
569                         // So when an object will be freed explicitly, we ensure that
570                         // its size >= maxTinySize.
571                         //
572                         // SetFinalizer has a special case for objects potentially coming
573                         // from tiny allocator, it such case it allows to set finalizers
574                         // for an inner byte of a memory block.
575                         //
576                         // The main targets of tiny allocator are small strings and
577                         // standalone escaping variables. On a json benchmark
578                         // the allocator reduces number of allocations by ~12% and
579                         // reduces heap size by ~20%.
580                         off := c.tinyoffset
581                         // Align tiny pointer for required (conservative) alignment.
582                         if size&7 == 0 {
583                                 off = round(off, 8)
584                         } else if size&3 == 0 {
585                                 off = round(off, 4)
586                         } else if size&1 == 0 {
587                                 off = round(off, 2)
588                         }
589                         if off+size <= maxTinySize && c.tiny != nil {
590                                 // The object fits into existing tiny block.
591                                 x = add(c.tiny, off)
592                                 c.tinyoffset = off + size
593                                 c.local_tinyallocs++
594                                 mp.mallocing = 0
595                                 releasem(mp)
596                                 return x
597                         }
598                         // Allocate a new maxTinySize block.
599                         s = c.alloc[tinySizeClass]
600                         v := s.freelist
601                         if v.ptr() == nil {
602                                 systemstack(func() {
603                                         mCache_Refill(c, tinySizeClass)
604                                 })
605                                 shouldhelpgc = true
606                                 s = c.alloc[tinySizeClass]
607                                 v = s.freelist
608                         }
609                         s.freelist = v.ptr().next
610                         s.ref++
611                         // prefetchnta offers best performance, see change list message.
612                         prefetchnta(uintptr(v.ptr().next))
613                         x = unsafe.Pointer(v)
614                         (*[2]uint64)(x)[0] = 0
615                         (*[2]uint64)(x)[1] = 0
616                         // See if we need to replace the existing tiny block with the new one
617                         // based on amount of remaining free space.
618                         if size < c.tinyoffset {
619                                 c.tiny = x
620                                 c.tinyoffset = size
621                         }
622                         size = maxTinySize
623                 } else {
624                         var sizeclass int8
625                         if size <= 1024-8 {
626                                 sizeclass = size_to_class8[(size+7)>>3]
627                         } else {
628                                 sizeclass = size_to_class128[(size-1024+127)>>7]
629                         }
630                         size = uintptr(class_to_size[sizeclass])
631                         s = c.alloc[sizeclass]
632                         v := s.freelist
633                         if v.ptr() == nil {
634                                 systemstack(func() {
635                                         mCache_Refill(c, int32(sizeclass))
636                                 })
637                                 shouldhelpgc = true
638                                 s = c.alloc[sizeclass]
639                                 v = s.freelist
640                         }
641                         s.freelist = v.ptr().next
642                         s.ref++
643                         // prefetchnta offers best performance, see change list message.
644                         prefetchnta(uintptr(v.ptr().next))
645                         x = unsafe.Pointer(v)
646                         if flags&flagNoZero == 0 {
647                                 v.ptr().next = 0
648                                 if size > 2*ptrSize && ((*[2]uintptr)(x))[1] != 0 {
649                                         memclr(unsafe.Pointer(v), size)
650                                 }
651                         }
652                 }
653                 c.local_cachealloc += size
654         } else {
655                 var s *mspan
656                 shouldhelpgc = true
657                 systemstack(func() {
658                         s = largeAlloc(size, uint32(flags))
659                 })
660                 x = unsafe.Pointer(uintptr(s.start << pageShift))
661                 size = uintptr(s.elemsize)
662         }
663
664         if flags&flagNoScan != 0 {
665                 // All objects are pre-marked as noscan. Nothing to do.
666         } else {
667                 // If allocating a defer+arg block, now that we've picked a malloc size
668                 // large enough to hold everything, cut the "asked for" size down to
669                 // just the defer header, so that the GC bitmap will record the arg block
670                 // as containing nothing at all (as if it were unused space at the end of
671                 // a malloc block caused by size rounding).
672                 // The defer arg areas are scanned as part of scanstack.
673                 if typ == deferType {
674                         dataSize = unsafe.Sizeof(_defer{})
675                 }
676                 heapBitsSetType(uintptr(x), size, dataSize, typ)
677                 if dataSize > typ.size {
678                         // Array allocation. If there are any
679                         // pointers, GC has to scan to the last
680                         // element.
681                         if typ.ptrdata != 0 {
682                                 c.local_scan += dataSize - typ.size + typ.ptrdata
683                         }
684                 } else {
685                         c.local_scan += typ.ptrdata
686                 }
687
688                 // Ensure that the stores above that initialize x to
689                 // type-safe memory and set the heap bits occur before
690                 // the caller can make x observable to the garbage
691                 // collector. Otherwise, on weakly ordered machines,
692                 // the garbage collector could follow a pointer to x,
693                 // but see uninitialized memory or stale heap bits.
694                 publicationBarrier()
695         }
696
697         // GCmarkterminate allocates black
698         // All slots hold nil so no scanning is needed.
699         // This may be racing with GC so do it atomically if there can be
700         // a race marking the bit.
701         if gcphase == _GCmarktermination || gcBlackenPromptly {
702                 systemstack(func() {
703                         gcmarknewobject_m(uintptr(x), size)
704                 })
705         }
706
707         if raceenabled {
708                 racemalloc(x, size)
709         }
710
711         mp.mallocing = 0
712         releasem(mp)
713
714         if debug.allocfreetrace != 0 {
715                 tracealloc(x, size, typ)
716         }
717
718         if rate := MemProfileRate; rate > 0 {
719                 if size < uintptr(rate) && int32(size) < c.next_sample {
720                         c.next_sample -= int32(size)
721                 } else {
722                         mp := acquirem()
723                         profilealloc(mp, x, size)
724                         releasem(mp)
725                 }
726         }
727
728         if assistG != nil {
729                 // Account for internal fragmentation in the assist
730                 // debt now that we know it.
731                 assistG.gcAssistBytes -= int64(size - dataSize)
732         }
733
734         if shouldhelpgc && shouldtriggergc() {
735                 startGC(gcBackgroundMode, false)
736         } else if shouldhelpgc && bggc.working != 0 && gcBlackenEnabled == 0 {
737                 // The GC is starting up or shutting down, so we can't
738                 // assist, but we also can't allocate unabated. Slow
739                 // down this G's allocation and help the GC stay
740                 // scheduled by yielding.
741                 //
742                 // TODO: This is a workaround. Either help the GC make
743                 // the transition or block.
744                 gp := getg()
745                 if gp != gp.m.g0 && gp.m.locks == 0 && gp.m.preemptoff == "" {
746                         Gosched()
747                 }
748         }
749
750         return x
751 }
752
753 func largeAlloc(size uintptr, flag uint32) *mspan {
754         // print("largeAlloc size=", size, "\n")
755
756         if size+_PageSize < size {
757                 throw("out of memory")
758         }
759         npages := size >> _PageShift
760         if size&_PageMask != 0 {
761                 npages++
762         }
763
764         // Deduct credit for this span allocation and sweep if
765         // necessary. mHeap_Alloc will also sweep npages, so this only
766         // pays the debt down to npage pages.
767         deductSweepCredit(npages*_PageSize, npages)
768
769         s := mHeap_Alloc(&mheap_, npages, 0, true, flag&_FlagNoZero == 0)
770         if s == nil {
771                 throw("out of memory")
772         }
773         s.limit = uintptr(s.start)<<_PageShift + size
774         heapBitsForSpan(s.base()).initSpan(s.layout())
775         return s
776 }
777
778 // implementation of new builtin
779 func newobject(typ *_type) unsafe.Pointer {
780         flags := uint32(0)
781         if typ.kind&kindNoPointers != 0 {
782                 flags |= flagNoScan
783         }
784         return mallocgc(uintptr(typ.size), typ, flags)
785 }
786
787 //go:linkname reflect_unsafe_New reflect.unsafe_New
788 func reflect_unsafe_New(typ *_type) unsafe.Pointer {
789         return newobject(typ)
790 }
791
792 // implementation of make builtin for slices
793 func newarray(typ *_type, n uintptr) unsafe.Pointer {
794         flags := uint32(0)
795         if typ.kind&kindNoPointers != 0 {
796                 flags |= flagNoScan
797         }
798         if int(n) < 0 || (typ.size > 0 && n > _MaxMem/uintptr(typ.size)) {
799                 panic("runtime: allocation size out of range")
800         }
801         return mallocgc(uintptr(typ.size)*n, typ, flags)
802 }
803
804 //go:linkname reflect_unsafe_NewArray reflect.unsafe_NewArray
805 func reflect_unsafe_NewArray(typ *_type, n uintptr) unsafe.Pointer {
806         return newarray(typ, n)
807 }
808
809 // rawmem returns a chunk of pointerless memory.  It is
810 // not zeroed.
811 func rawmem(size uintptr) unsafe.Pointer {
812         return mallocgc(size, nil, flagNoScan|flagNoZero)
813 }
814
815 func profilealloc(mp *m, x unsafe.Pointer, size uintptr) {
816         mp.mcache.next_sample = nextSample()
817         mProf_Malloc(x, size)
818 }
819
820 // nextSample returns the next sampling point for heap profiling.
821 // It produces a random variable with a geometric distribution and
822 // mean MemProfileRate. This is done by generating a uniformly
823 // distributed random number and applying the cumulative distribution
824 // function for an exponential.
825 func nextSample() int32 {
826         period := MemProfileRate
827
828         // make nextSample not overflow. Maximum possible step is
829         // -ln(1/(1<<kRandomBitCount)) * period, approximately 20 * period.
830         switch {
831         case period > 0x7000000:
832                 period = 0x7000000
833         case period == 0:
834                 return 0
835         }
836
837         // Let m be the sample rate,
838         // the probability distribution function is m*exp(-mx), so the CDF is
839         // p = 1 - exp(-mx), so
840         // q = 1 - p == exp(-mx)
841         // log_e(q) = -mx
842         // -log_e(q)/m = x
843         // x = -log_e(q) * period
844         // x = log_2(q) * (-log_e(2)) * period    ; Using log_2 for efficiency
845         const randomBitCount = 26
846         q := uint32(fastrand1())%(1<<randomBitCount) + 1
847         qlog := fastlog2(float64(q)) - randomBitCount
848         if qlog > 0 {
849                 qlog = 0
850         }
851         const minusLog2 = -0.6931471805599453 // -ln(2)
852         return int32(qlog*(minusLog2*float64(period))) + 1
853 }
854
855 type persistentAlloc struct {
856         base unsafe.Pointer
857         off  uintptr
858 }
859
860 var globalAlloc struct {
861         mutex
862         persistentAlloc
863 }
864
865 // Wrapper around sysAlloc that can allocate small chunks.
866 // There is no associated free operation.
867 // Intended for things like function/type/debug-related persistent data.
868 // If align is 0, uses default align (currently 8).
869 func persistentalloc(size, align uintptr, sysStat *uint64) unsafe.Pointer {
870         var p unsafe.Pointer
871         systemstack(func() {
872                 p = persistentalloc1(size, align, sysStat)
873         })
874         return p
875 }
876
877 // Must run on system stack because stack growth can (re)invoke it.
878 // See issue 9174.
879 //go:systemstack
880 func persistentalloc1(size, align uintptr, sysStat *uint64) unsafe.Pointer {
881         const (
882                 chunk    = 256 << 10
883                 maxBlock = 64 << 10 // VM reservation granularity is 64K on windows
884         )
885
886         if size == 0 {
887                 throw("persistentalloc: size == 0")
888         }
889         if align != 0 {
890                 if align&(align-1) != 0 {
891                         throw("persistentalloc: align is not a power of 2")
892                 }
893                 if align > _PageSize {
894                         throw("persistentalloc: align is too large")
895                 }
896         } else {
897                 align = 8
898         }
899
900         if size >= maxBlock {
901                 return sysAlloc(size, sysStat)
902         }
903
904         mp := acquirem()
905         var persistent *persistentAlloc
906         if mp != nil && mp.p != 0 {
907                 persistent = &mp.p.ptr().palloc
908         } else {
909                 lock(&globalAlloc.mutex)
910                 persistent = &globalAlloc.persistentAlloc
911         }
912         persistent.off = round(persistent.off, align)
913         if persistent.off+size > chunk || persistent.base == nil {
914                 persistent.base = sysAlloc(chunk, &memstats.other_sys)
915                 if persistent.base == nil {
916                         if persistent == &globalAlloc.persistentAlloc {
917                                 unlock(&globalAlloc.mutex)
918                         }
919                         throw("runtime: cannot allocate memory")
920                 }
921                 persistent.off = 0
922         }
923         p := add(persistent.base, persistent.off)
924         persistent.off += size
925         releasem(mp)
926         if persistent == &globalAlloc.persistentAlloc {
927                 unlock(&globalAlloc.mutex)
928         }
929
930         if sysStat != &memstats.other_sys {
931                 mSysStatInc(sysStat, size)
932                 mSysStatDec(&memstats.other_sys, size)
933         }
934         return p
935 }