]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/malloc.go
runtime: avoid a bit of unneeded work when MemProfileRate==1
[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.
6 //
7 // This was originally based on tcmalloc, but has diverged quite a bit.
8 // http://goog-perftools.sourceforge.net/doc/tcmalloc.html
9
10 // The main allocator works in runs of pages.
11 // Small allocation sizes (up to and including 32 kB) are
12 // rounded to one of about 70 size classes, each of which
13 // has its own free set of objects of exactly that size.
14 // Any free page of memory can be split into a set of objects
15 // of one size class, which are then managed using a free bitmap.
16 //
17 // The allocator's data structures are:
18 //
19 //      fixalloc: a free-list allocator for fixed-size off-heap objects,
20 //              used to manage storage used by the allocator.
21 //      mheap: the malloc heap, managed at page (8192-byte) granularity.
22 //      mspan: a run of in-use pages managed by the mheap.
23 //      mcentral: collects all spans of a given size class.
24 //      mcache: a per-P cache of mspans with free space.
25 //      mstats: allocation statistics.
26 //
27 // Allocating a small object proceeds up a hierarchy of caches:
28 //
29 //      1. Round the size up to one of the small size classes
30 //         and look in the corresponding mspan in this P's mcache.
31 //         Scan the mspan's free bitmap to find a free slot.
32 //         If there is a free slot, allocate it.
33 //         This can all be done without acquiring a lock.
34 //
35 //      2. If the mspan has no free slots, obtain a new mspan
36 //         from the mcentral's list of mspans of the required size
37 //         class that have free space.
38 //         Obtaining a whole span amortizes the cost of locking
39 //         the mcentral.
40 //
41 //      3. If the mcentral's mspan list is empty, obtain a run
42 //         of pages from the mheap to use for the mspan.
43 //
44 //      4. If the mheap is empty or has no page runs large enough,
45 //         allocate a new group of pages (at least 1MB) from the
46 //         operating system. Allocating a large run of pages
47 //         amortizes the cost of talking to the operating system.
48 //
49 // Sweeping an mspan and freeing objects on it proceeds up a similar
50 // hierarchy:
51 //
52 //      1. If the mspan is being swept in response to allocation, it
53 //         is returned to the mcache to satisfy the allocation.
54 //
55 //      2. Otherwise, if the mspan still has allocated objects in it,
56 //         it is placed on the mcentral free list for the mspan's size
57 //         class.
58 //
59 //      3. Otherwise, if all objects in the mspan are free, the mspan's
60 //         pages are returned to the mheap and the mspan is now dead.
61 //
62 // Allocating and freeing a large object uses the mheap
63 // directly, bypassing the mcache and mcentral.
64 //
65 // If mspan.needzero is false, then free object slots in the mspan are
66 // already zeroed. Otherwise if needzero is true, objects are zeroed as
67 // they are allocated. There are various benefits to delaying zeroing
68 // this way:
69 //
70 //      1. Stack frame allocation can avoid zeroing altogether.
71 //
72 //      2. It exhibits better temporal locality, since the program is
73 //         probably about to write to the memory.
74 //
75 //      3. We don't zero pages that never get reused.
76
77 // Virtual memory layout
78 //
79 // The heap consists of a set of arenas, which are 64MB on 64-bit and
80 // 4MB on 32-bit (heapArenaBytes). Each arena's start address is also
81 // aligned to the arena size.
82 //
83 // Each arena has an associated heapArena object that stores the
84 // metadata for that arena: the heap bitmap for all words in the arena
85 // and the span map for all pages in the arena. heapArena objects are
86 // themselves allocated off-heap.
87 //
88 // Since arenas are aligned, the address space can be viewed as a
89 // series of arena frames. The arena map (mheap_.arenas) maps from
90 // arena frame number to *heapArena, or nil for parts of the address
91 // space not backed by the Go heap. The arena map is structured as a
92 // two-level array consisting of a "L1" arena map and many "L2" arena
93 // maps; however, since arenas are large, on many architectures, the
94 // arena map consists of a single, large L2 map.
95 //
96 // The arena map covers the entire possible address space, allowing
97 // the Go heap to use any part of the address space. The allocator
98 // attempts to keep arenas contiguous so that large spans (and hence
99 // large objects) can cross arenas.
100
101 package runtime
102
103 import (
104         "runtime/internal/atomic"
105         "runtime/internal/math"
106         "runtime/internal/sys"
107         "unsafe"
108 )
109
110 const (
111         debugMalloc = false
112
113         maxTinySize   = _TinySize
114         tinySizeClass = _TinySizeClass
115         maxSmallSize  = _MaxSmallSize
116
117         pageShift = _PageShift
118         pageSize  = _PageSize
119         pageMask  = _PageMask
120         // By construction, single page spans of the smallest object class
121         // have the most objects per span.
122         maxObjsPerSpan = pageSize / 8
123
124         concurrentSweep = _ConcurrentSweep
125
126         _PageSize = 1 << _PageShift
127         _PageMask = _PageSize - 1
128
129         // _64bit = 1 on 64-bit systems, 0 on 32-bit systems
130         _64bit = 1 << (^uintptr(0) >> 63) / 2
131
132         // Tiny allocator parameters, see "Tiny allocator" comment in malloc.go.
133         _TinySize      = 16
134         _TinySizeClass = int8(2)
135
136         _FixAllocChunk = 16 << 10 // Chunk size for FixAlloc
137
138         // Per-P, per order stack segment cache size.
139         _StackCacheSize = 32 * 1024
140
141         // Number of orders that get caching. Order 0 is FixedStack
142         // and each successive order is twice as large.
143         // We want to cache 2KB, 4KB, 8KB, and 16KB stacks. Larger stacks
144         // will be allocated directly.
145         // Since FixedStack is different on different systems, we
146         // must vary NumStackOrders to keep the same maximum cached size.
147         //   OS               | FixedStack | NumStackOrders
148         //   -----------------+------------+---------------
149         //   linux/darwin/bsd | 2KB        | 4
150         //   windows/32       | 4KB        | 3
151         //   windows/64       | 8KB        | 2
152         //   plan9            | 4KB        | 3
153         _NumStackOrders = 4 - sys.PtrSize/4*sys.GoosWindows - 1*sys.GoosPlan9
154
155         // heapAddrBits is the number of bits in a heap address. On
156         // amd64, addresses are sign-extended beyond heapAddrBits. On
157         // other arches, they are zero-extended.
158         //
159         // On most 64-bit platforms, we limit this to 48 bits based on a
160         // combination of hardware and OS limitations.
161         //
162         // amd64 hardware limits addresses to 48 bits, sign-extended
163         // to 64 bits. Addresses where the top 16 bits are not either
164         // all 0 or all 1 are "non-canonical" and invalid. Because of
165         // these "negative" addresses, we offset addresses by 1<<47
166         // (arenaBaseOffset) on amd64 before computing indexes into
167         // the heap arenas index. In 2017, amd64 hardware added
168         // support for 57 bit addresses; however, currently only Linux
169         // supports this extension and the kernel will never choose an
170         // address above 1<<47 unless mmap is called with a hint
171         // address above 1<<47 (which we never do).
172         //
173         // arm64 hardware (as of ARMv8) limits user addresses to 48
174         // bits, in the range [0, 1<<48).
175         //
176         // ppc64, mips64, and s390x support arbitrary 64 bit addresses
177         // in hardware. On Linux, Go leans on stricter OS limits. Based
178         // on Linux's processor.h, the user address space is limited as
179         // follows on 64-bit architectures:
180         //
181         // Architecture  Name              Maximum Value (exclusive)
182         // ---------------------------------------------------------------------
183         // amd64         TASK_SIZE_MAX     0x007ffffffff000 (47 bit addresses)
184         // arm64         TASK_SIZE_64      0x01000000000000 (48 bit addresses)
185         // ppc64{,le}    TASK_SIZE_USER64  0x00400000000000 (46 bit addresses)
186         // mips64{,le}   TASK_SIZE64       0x00010000000000 (40 bit addresses)
187         // s390x         TASK_SIZE         1<<64 (64 bit addresses)
188         //
189         // These limits may increase over time, but are currently at
190         // most 48 bits except on s390x. On all architectures, Linux
191         // starts placing mmap'd regions at addresses that are
192         // significantly below 48 bits, so even if it's possible to
193         // exceed Go's 48 bit limit, it's extremely unlikely in
194         // practice.
195         //
196         // On 32-bit platforms, we accept the full 32-bit address
197         // space because doing so is cheap.
198         // mips32 only has access to the low 2GB of virtual memory, so
199         // we further limit it to 31 bits.
200         //
201         // On ios/arm64, although 64-bit pointers are presumably
202         // available, pointers are truncated to 33 bits. Furthermore,
203         // only the top 4 GiB of the address space are actually available
204         // to the application, but we allow the whole 33 bits anyway for
205         // simplicity.
206         // TODO(mknyszek): Consider limiting it to 32 bits and using
207         // arenaBaseOffset to offset into the top 4 GiB.
208         //
209         // WebAssembly currently has a limit of 4GB linear memory.
210         heapAddrBits = (_64bit*(1-sys.GoarchWasm)*(1-sys.GoosIos*sys.GoarchArm64))*48 + (1-_64bit+sys.GoarchWasm)*(32-(sys.GoarchMips+sys.GoarchMipsle)) + 33*sys.GoosIos*sys.GoarchArm64
211
212         // maxAlloc is the maximum size of an allocation. On 64-bit,
213         // it's theoretically possible to allocate 1<<heapAddrBits bytes. On
214         // 32-bit, however, this is one less than 1<<32 because the
215         // number of bytes in the address space doesn't actually fit
216         // in a uintptr.
217         maxAlloc = (1 << heapAddrBits) - (1-_64bit)*1
218
219         // The number of bits in a heap address, the size of heap
220         // arenas, and the L1 and L2 arena map sizes are related by
221         //
222         //   (1 << addr bits) = arena size * L1 entries * L2 entries
223         //
224         // Currently, we balance these as follows:
225         //
226         //       Platform  Addr bits  Arena size  L1 entries   L2 entries
227         // --------------  ---------  ----------  ----------  -----------
228         //       */64-bit         48        64MB           1    4M (32MB)
229         // windows/64-bit         48         4MB          64    1M  (8MB)
230         //       */32-bit         32         4MB           1  1024  (4KB)
231         //     */mips(le)         31         4MB           1   512  (2KB)
232
233         // heapArenaBytes is the size of a heap arena. The heap
234         // consists of mappings of size heapArenaBytes, aligned to
235         // heapArenaBytes. The initial heap mapping is one arena.
236         //
237         // This is currently 64MB on 64-bit non-Windows and 4MB on
238         // 32-bit and on Windows. We use smaller arenas on Windows
239         // because all committed memory is charged to the process,
240         // even if it's not touched. Hence, for processes with small
241         // heaps, the mapped arena space needs to be commensurate.
242         // This is particularly important with the race detector,
243         // since it significantly amplifies the cost of committed
244         // memory.
245         heapArenaBytes = 1 << logHeapArenaBytes
246
247         // logHeapArenaBytes is log_2 of heapArenaBytes. For clarity,
248         // prefer using heapArenaBytes where possible (we need the
249         // constant to compute some other constants).
250         logHeapArenaBytes = (6+20)*(_64bit*(1-sys.GoosWindows)*(1-sys.GoarchWasm)) + (2+20)*(_64bit*sys.GoosWindows) + (2+20)*(1-_64bit) + (2+20)*sys.GoarchWasm
251
252         // heapArenaBitmapBytes is the size of each heap arena's bitmap.
253         heapArenaBitmapBytes = heapArenaBytes / (sys.PtrSize * 8 / 2)
254
255         pagesPerArena = heapArenaBytes / pageSize
256
257         // arenaL1Bits is the number of bits of the arena number
258         // covered by the first level arena map.
259         //
260         // This number should be small, since the first level arena
261         // map requires PtrSize*(1<<arenaL1Bits) of space in the
262         // binary's BSS. It can be zero, in which case the first level
263         // index is effectively unused. There is a performance benefit
264         // to this, since the generated code can be more efficient,
265         // but comes at the cost of having a large L2 mapping.
266         //
267         // We use the L1 map on 64-bit Windows because the arena size
268         // is small, but the address space is still 48 bits, and
269         // there's a high cost to having a large L2.
270         arenaL1Bits = 6 * (_64bit * sys.GoosWindows)
271
272         // arenaL2Bits is the number of bits of the arena number
273         // covered by the second level arena index.
274         //
275         // The size of each arena map allocation is proportional to
276         // 1<<arenaL2Bits, so it's important that this not be too
277         // large. 48 bits leads to 32MB arena index allocations, which
278         // is about the practical threshold.
279         arenaL2Bits = heapAddrBits - logHeapArenaBytes - arenaL1Bits
280
281         // arenaL1Shift is the number of bits to shift an arena frame
282         // number by to compute an index into the first level arena map.
283         arenaL1Shift = arenaL2Bits
284
285         // arenaBits is the total bits in a combined arena map index.
286         // This is split between the index into the L1 arena map and
287         // the L2 arena map.
288         arenaBits = arenaL1Bits + arenaL2Bits
289
290         // arenaBaseOffset is the pointer value that corresponds to
291         // index 0 in the heap arena map.
292         //
293         // On amd64, the address space is 48 bits, sign extended to 64
294         // bits. This offset lets us handle "negative" addresses (or
295         // high addresses if viewed as unsigned).
296         //
297         // On aix/ppc64, this offset allows to keep the heapAddrBits to
298         // 48. Otherwize, it would be 60 in order to handle mmap addresses
299         // (in range 0x0a00000000000000 - 0x0afffffffffffff). But in this
300         // case, the memory reserved in (s *pageAlloc).init for chunks
301         // is causing important slowdowns.
302         //
303         // On other platforms, the user address space is contiguous
304         // and starts at 0, so no offset is necessary.
305         arenaBaseOffset = 0xffff800000000000*sys.GoarchAmd64 + 0x0a00000000000000*sys.GoosAix
306         // A typed version of this constant that will make it into DWARF (for viewcore).
307         arenaBaseOffsetUintptr = uintptr(arenaBaseOffset)
308
309         // Max number of threads to run garbage collection.
310         // 2, 3, and 4 are all plausible maximums depending
311         // on the hardware details of the machine. The garbage
312         // collector scales well to 32 cpus.
313         _MaxGcproc = 32
314
315         // minLegalPointer is the smallest possible legal pointer.
316         // This is the smallest possible architectural page size,
317         // since we assume that the first page is never mapped.
318         //
319         // This should agree with minZeroPage in the compiler.
320         minLegalPointer uintptr = 4096
321 )
322
323 // physPageSize is the size in bytes of the OS's physical pages.
324 // Mapping and unmapping operations must be done at multiples of
325 // physPageSize.
326 //
327 // This must be set by the OS init code (typically in osinit) before
328 // mallocinit.
329 var physPageSize uintptr
330
331 // physHugePageSize is the size in bytes of the OS's default physical huge
332 // page size whose allocation is opaque to the application. It is assumed
333 // and verified to be a power of two.
334 //
335 // If set, this must be set by the OS init code (typically in osinit) before
336 // mallocinit. However, setting it at all is optional, and leaving the default
337 // value is always safe (though potentially less efficient).
338 //
339 // Since physHugePageSize is always assumed to be a power of two,
340 // physHugePageShift is defined as physHugePageSize == 1 << physHugePageShift.
341 // The purpose of physHugePageShift is to avoid doing divisions in
342 // performance critical functions.
343 var (
344         physHugePageSize  uintptr
345         physHugePageShift uint
346 )
347
348 // OS memory management abstraction layer
349 //
350 // Regions of the address space managed by the runtime may be in one of four
351 // states at any given time:
352 // 1) None - Unreserved and unmapped, the default state of any region.
353 // 2) Reserved - Owned by the runtime, but accessing it would cause a fault.
354 //               Does not count against the process' memory footprint.
355 // 3) Prepared - Reserved, intended not to be backed by physical memory (though
356 //               an OS may implement this lazily). Can transition efficiently to
357 //               Ready. Accessing memory in such a region is undefined (may
358 //               fault, may give back unexpected zeroes, etc.).
359 // 4) Ready - may be accessed safely.
360 //
361 // This set of states is more than is strictly necessary to support all the
362 // currently supported platforms. One could get by with just None, Reserved, and
363 // Ready. However, the Prepared state gives us flexibility for performance
364 // purposes. For example, on POSIX-y operating systems, Reserved is usually a
365 // private anonymous mmap'd region with PROT_NONE set, and to transition
366 // to Ready would require setting PROT_READ|PROT_WRITE. However the
367 // underspecification of Prepared lets us use just MADV_FREE to transition from
368 // Ready to Prepared. Thus with the Prepared state we can set the permission
369 // bits just once early on, we can efficiently tell the OS that it's free to
370 // take pages away from us when we don't strictly need them.
371 //
372 // For each OS there is a common set of helpers defined that transition
373 // memory regions between these states. The helpers are as follows:
374 //
375 // sysAlloc transitions an OS-chosen region of memory from None to Ready.
376 // More specifically, it obtains a large chunk of zeroed memory from the
377 // operating system, typically on the order of a hundred kilobytes
378 // or a megabyte. This memory is always immediately available for use.
379 //
380 // sysFree transitions a memory region from any state to None. Therefore, it
381 // returns memory unconditionally. It is used if an out-of-memory error has been
382 // detected midway through an allocation or to carve out an aligned section of
383 // the address space. It is okay if sysFree is a no-op only if sysReserve always
384 // returns a memory region aligned to the heap allocator's alignment
385 // restrictions.
386 //
387 // sysReserve transitions a memory region from None to Reserved. It reserves
388 // address space in such a way that it would cause a fatal fault upon access
389 // (either via permissions or not committing the memory). Such a reservation is
390 // thus never backed by physical memory.
391 // If the pointer passed to it is non-nil, the caller wants the
392 // reservation there, but sysReserve can still choose another
393 // location if that one is unavailable.
394 // NOTE: sysReserve returns OS-aligned memory, but the heap allocator
395 // may use larger alignment, so the caller must be careful to realign the
396 // memory obtained by sysReserve.
397 //
398 // sysMap transitions a memory region from Reserved to Prepared. It ensures the
399 // memory region can be efficiently transitioned to Ready.
400 //
401 // sysUsed transitions a memory region from Prepared to Ready. It notifies the
402 // operating system that the memory region is needed and ensures that the region
403 // may be safely accessed. This is typically a no-op on systems that don't have
404 // an explicit commit step and hard over-commit limits, but is critical on
405 // Windows, for example.
406 //
407 // sysUnused transitions a memory region from Ready to Prepared. It notifies the
408 // operating system that the physical pages backing this memory region are no
409 // longer needed and can be reused for other purposes. The contents of a
410 // sysUnused memory region are considered forfeit and the region must not be
411 // accessed again until sysUsed is called.
412 //
413 // sysFault transitions a memory region from Ready or Prepared to Reserved. It
414 // marks a region such that it will always fault if accessed. Used only for
415 // debugging the runtime.
416
417 func mallocinit() {
418         if class_to_size[_TinySizeClass] != _TinySize {
419                 throw("bad TinySizeClass")
420         }
421
422         testdefersizes()
423
424         if heapArenaBitmapBytes&(heapArenaBitmapBytes-1) != 0 {
425                 // heapBits expects modular arithmetic on bitmap
426                 // addresses to work.
427                 throw("heapArenaBitmapBytes not a power of 2")
428         }
429
430         // Copy class sizes out for statistics table.
431         for i := range class_to_size {
432                 memstats.by_size[i].size = uint32(class_to_size[i])
433         }
434
435         // Check physPageSize.
436         if physPageSize == 0 {
437                 // The OS init code failed to fetch the physical page size.
438                 throw("failed to get system page size")
439         }
440         if physPageSize > maxPhysPageSize {
441                 print("system page size (", physPageSize, ") is larger than maximum page size (", maxPhysPageSize, ")\n")
442                 throw("bad system page size")
443         }
444         if physPageSize < minPhysPageSize {
445                 print("system page size (", physPageSize, ") is smaller than minimum page size (", minPhysPageSize, ")\n")
446                 throw("bad system page size")
447         }
448         if physPageSize&(physPageSize-1) != 0 {
449                 print("system page size (", physPageSize, ") must be a power of 2\n")
450                 throw("bad system page size")
451         }
452         if physHugePageSize&(physHugePageSize-1) != 0 {
453                 print("system huge page size (", physHugePageSize, ") must be a power of 2\n")
454                 throw("bad system huge page size")
455         }
456         if physHugePageSize > maxPhysHugePageSize {
457                 // physHugePageSize is greater than the maximum supported huge page size.
458                 // Don't throw here, like in the other cases, since a system configured
459                 // in this way isn't wrong, we just don't have the code to support them.
460                 // Instead, silently set the huge page size to zero.
461                 physHugePageSize = 0
462         }
463         if physHugePageSize != 0 {
464                 // Since physHugePageSize is a power of 2, it suffices to increase
465                 // physHugePageShift until 1<<physHugePageShift == physHugePageSize.
466                 for 1<<physHugePageShift != physHugePageSize {
467                         physHugePageShift++
468                 }
469         }
470         if pagesPerArena%pagesPerSpanRoot != 0 {
471                 print("pagesPerArena (", pagesPerArena, ") is not divisible by pagesPerSpanRoot (", pagesPerSpanRoot, ")\n")
472                 throw("bad pagesPerSpanRoot")
473         }
474         if pagesPerArena%pagesPerReclaimerChunk != 0 {
475                 print("pagesPerArena (", pagesPerArena, ") is not divisible by pagesPerReclaimerChunk (", pagesPerReclaimerChunk, ")\n")
476                 throw("bad pagesPerReclaimerChunk")
477         }
478
479         // Initialize the heap.
480         mheap_.init()
481         mcache0 = allocmcache()
482         lockInit(&gcBitsArenas.lock, lockRankGcBitsArenas)
483         lockInit(&proflock, lockRankProf)
484         lockInit(&globalAlloc.mutex, lockRankGlobalAlloc)
485
486         // Create initial arena growth hints.
487         if sys.PtrSize == 8 {
488                 // On a 64-bit machine, we pick the following hints
489                 // because:
490                 //
491                 // 1. Starting from the middle of the address space
492                 // makes it easier to grow out a contiguous range
493                 // without running in to some other mapping.
494                 //
495                 // 2. This makes Go heap addresses more easily
496                 // recognizable when debugging.
497                 //
498                 // 3. Stack scanning in gccgo is still conservative,
499                 // so it's important that addresses be distinguishable
500                 // from other data.
501                 //
502                 // Starting at 0x00c0 means that the valid memory addresses
503                 // will begin 0x00c0, 0x00c1, ...
504                 // In little-endian, that's c0 00, c1 00, ... None of those are valid
505                 // UTF-8 sequences, and they are otherwise as far away from
506                 // ff (likely a common byte) as possible. If that fails, we try other 0xXXc0
507                 // addresses. An earlier attempt to use 0x11f8 caused out of memory errors
508                 // on OS X during thread allocations.  0x00c0 causes conflicts with
509                 // AddressSanitizer which reserves all memory up to 0x0100.
510                 // These choices reduce the odds of a conservative garbage collector
511                 // not collecting memory because some non-pointer block of memory
512                 // had a bit pattern that matched a memory address.
513                 //
514                 // However, on arm64, we ignore all this advice above and slam the
515                 // allocation at 0x40 << 32 because when using 4k pages with 3-level
516                 // translation buffers, the user address space is limited to 39 bits
517                 // On ios/arm64, the address space is even smaller.
518                 //
519                 // On AIX, mmaps starts at 0x0A00000000000000 for 64-bit.
520                 // processes.
521                 for i := 0x7f; i >= 0; i-- {
522                         var p uintptr
523                         switch {
524                         case raceenabled:
525                                 // The TSAN runtime requires the heap
526                                 // to be in the range [0x00c000000000,
527                                 // 0x00e000000000).
528                                 p = uintptr(i)<<32 | uintptrMask&(0x00c0<<32)
529                                 if p >= uintptrMask&0x00e000000000 {
530                                         continue
531                                 }
532                         case GOARCH == "arm64" && GOOS == "ios":
533                                 p = uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0x0013<<28)
534                         case GOARCH == "arm64":
535                                 p = uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0x0040<<32)
536                         case GOOS == "aix":
537                                 if i == 0 {
538                                         // We don't use addresses directly after 0x0A00000000000000
539                                         // to avoid collisions with others mmaps done by non-go programs.
540                                         continue
541                                 }
542                                 p = uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0xa0<<52)
543                         default:
544                                 p = uintptr(i)<<40 | uintptrMask&(0x00c0<<32)
545                         }
546                         hint := (*arenaHint)(mheap_.arenaHintAlloc.alloc())
547                         hint.addr = p
548                         hint.next, mheap_.arenaHints = mheap_.arenaHints, hint
549                 }
550         } else {
551                 // On a 32-bit machine, we're much more concerned
552                 // about keeping the usable heap contiguous.
553                 // Hence:
554                 //
555                 // 1. We reserve space for all heapArenas up front so
556                 // they don't get interleaved with the heap. They're
557                 // ~258MB, so this isn't too bad. (We could reserve a
558                 // smaller amount of space up front if this is a
559                 // problem.)
560                 //
561                 // 2. We hint the heap to start right above the end of
562                 // the binary so we have the best chance of keeping it
563                 // contiguous.
564                 //
565                 // 3. We try to stake out a reasonably large initial
566                 // heap reservation.
567
568                 const arenaMetaSize = (1 << arenaBits) * unsafe.Sizeof(heapArena{})
569                 meta := uintptr(sysReserve(nil, arenaMetaSize))
570                 if meta != 0 {
571                         mheap_.heapArenaAlloc.init(meta, arenaMetaSize)
572                 }
573
574                 // We want to start the arena low, but if we're linked
575                 // against C code, it's possible global constructors
576                 // have called malloc and adjusted the process' brk.
577                 // Query the brk so we can avoid trying to map the
578                 // region over it (which will cause the kernel to put
579                 // the region somewhere else, likely at a high
580                 // address).
581                 procBrk := sbrk0()
582
583                 // If we ask for the end of the data segment but the
584                 // operating system requires a little more space
585                 // before we can start allocating, it will give out a
586                 // slightly higher pointer. Except QEMU, which is
587                 // buggy, as usual: it won't adjust the pointer
588                 // upward. So adjust it upward a little bit ourselves:
589                 // 1/4 MB to get away from the running binary image.
590                 p := firstmoduledata.end
591                 if p < procBrk {
592                         p = procBrk
593                 }
594                 if mheap_.heapArenaAlloc.next <= p && p < mheap_.heapArenaAlloc.end {
595                         p = mheap_.heapArenaAlloc.end
596                 }
597                 p = alignUp(p+(256<<10), heapArenaBytes)
598                 // Because we're worried about fragmentation on
599                 // 32-bit, we try to make a large initial reservation.
600                 arenaSizes := []uintptr{
601                         512 << 20,
602                         256 << 20,
603                         128 << 20,
604                 }
605                 for _, arenaSize := range arenaSizes {
606                         a, size := sysReserveAligned(unsafe.Pointer(p), arenaSize, heapArenaBytes)
607                         if a != nil {
608                                 mheap_.arena.init(uintptr(a), size)
609                                 p = mheap_.arena.end // For hint below
610                                 break
611                         }
612                 }
613                 hint := (*arenaHint)(mheap_.arenaHintAlloc.alloc())
614                 hint.addr = p
615                 hint.next, mheap_.arenaHints = mheap_.arenaHints, hint
616         }
617 }
618
619 // sysAlloc allocates heap arena space for at least n bytes. The
620 // returned pointer is always heapArenaBytes-aligned and backed by
621 // h.arenas metadata. The returned size is always a multiple of
622 // heapArenaBytes. sysAlloc returns nil on failure.
623 // There is no corresponding free function.
624 //
625 // sysAlloc returns a memory region in the Prepared state. This region must
626 // be transitioned to Ready before use.
627 //
628 // h must be locked.
629 func (h *mheap) sysAlloc(n uintptr) (v unsafe.Pointer, size uintptr) {
630         assertLockHeld(&h.lock)
631
632         n = alignUp(n, heapArenaBytes)
633
634         // First, try the arena pre-reservation.
635         v = h.arena.alloc(n, heapArenaBytes, &memstats.heap_sys)
636         if v != nil {
637                 size = n
638                 goto mapped
639         }
640
641         // Try to grow the heap at a hint address.
642         for h.arenaHints != nil {
643                 hint := h.arenaHints
644                 p := hint.addr
645                 if hint.down {
646                         p -= n
647                 }
648                 if p+n < p {
649                         // We can't use this, so don't ask.
650                         v = nil
651                 } else if arenaIndex(p+n-1) >= 1<<arenaBits {
652                         // Outside addressable heap. Can't use.
653                         v = nil
654                 } else {
655                         v = sysReserve(unsafe.Pointer(p), n)
656                 }
657                 if p == uintptr(v) {
658                         // Success. Update the hint.
659                         if !hint.down {
660                                 p += n
661                         }
662                         hint.addr = p
663                         size = n
664                         break
665                 }
666                 // Failed. Discard this hint and try the next.
667                 //
668                 // TODO: This would be cleaner if sysReserve could be
669                 // told to only return the requested address. In
670                 // particular, this is already how Windows behaves, so
671                 // it would simplify things there.
672                 if v != nil {
673                         sysFree(v, n, nil)
674                 }
675                 h.arenaHints = hint.next
676                 h.arenaHintAlloc.free(unsafe.Pointer(hint))
677         }
678
679         if size == 0 {
680                 if raceenabled {
681                         // The race detector assumes the heap lives in
682                         // [0x00c000000000, 0x00e000000000), but we
683                         // just ran out of hints in this region. Give
684                         // a nice failure.
685                         throw("too many address space collisions for -race mode")
686                 }
687
688                 // All of the hints failed, so we'll take any
689                 // (sufficiently aligned) address the kernel will give
690                 // us.
691                 v, size = sysReserveAligned(nil, n, heapArenaBytes)
692                 if v == nil {
693                         return nil, 0
694                 }
695
696                 // Create new hints for extending this region.
697                 hint := (*arenaHint)(h.arenaHintAlloc.alloc())
698                 hint.addr, hint.down = uintptr(v), true
699                 hint.next, mheap_.arenaHints = mheap_.arenaHints, hint
700                 hint = (*arenaHint)(h.arenaHintAlloc.alloc())
701                 hint.addr = uintptr(v) + size
702                 hint.next, mheap_.arenaHints = mheap_.arenaHints, hint
703         }
704
705         // Check for bad pointers or pointers we can't use.
706         {
707                 var bad string
708                 p := uintptr(v)
709                 if p+size < p {
710                         bad = "region exceeds uintptr range"
711                 } else if arenaIndex(p) >= 1<<arenaBits {
712                         bad = "base outside usable address space"
713                 } else if arenaIndex(p+size-1) >= 1<<arenaBits {
714                         bad = "end outside usable address space"
715                 }
716                 if bad != "" {
717                         // This should be impossible on most architectures,
718                         // but it would be really confusing to debug.
719                         print("runtime: memory allocated by OS [", hex(p), ", ", hex(p+size), ") not in usable address space: ", bad, "\n")
720                         throw("memory reservation exceeds address space limit")
721                 }
722         }
723
724         if uintptr(v)&(heapArenaBytes-1) != 0 {
725                 throw("misrounded allocation in sysAlloc")
726         }
727
728         // Transition from Reserved to Prepared.
729         sysMap(v, size, &memstats.heap_sys)
730
731 mapped:
732         // Create arena metadata.
733         for ri := arenaIndex(uintptr(v)); ri <= arenaIndex(uintptr(v)+size-1); ri++ {
734                 l2 := h.arenas[ri.l1()]
735                 if l2 == nil {
736                         // Allocate an L2 arena map.
737                         l2 = (*[1 << arenaL2Bits]*heapArena)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(*l2), sys.PtrSize, nil))
738                         if l2 == nil {
739                                 throw("out of memory allocating heap arena map")
740                         }
741                         atomic.StorepNoWB(unsafe.Pointer(&h.arenas[ri.l1()]), unsafe.Pointer(l2))
742                 }
743
744                 if l2[ri.l2()] != nil {
745                         throw("arena already initialized")
746                 }
747                 var r *heapArena
748                 r = (*heapArena)(h.heapArenaAlloc.alloc(unsafe.Sizeof(*r), sys.PtrSize, &memstats.gcMiscSys))
749                 if r == nil {
750                         r = (*heapArena)(persistentalloc(unsafe.Sizeof(*r), sys.PtrSize, &memstats.gcMiscSys))
751                         if r == nil {
752                                 throw("out of memory allocating heap arena metadata")
753                         }
754                 }
755
756                 // Add the arena to the arenas list.
757                 if len(h.allArenas) == cap(h.allArenas) {
758                         size := 2 * uintptr(cap(h.allArenas)) * sys.PtrSize
759                         if size == 0 {
760                                 size = physPageSize
761                         }
762                         newArray := (*notInHeap)(persistentalloc(size, sys.PtrSize, &memstats.gcMiscSys))
763                         if newArray == nil {
764                                 throw("out of memory allocating allArenas")
765                         }
766                         oldSlice := h.allArenas
767                         *(*notInHeapSlice)(unsafe.Pointer(&h.allArenas)) = notInHeapSlice{newArray, len(h.allArenas), int(size / sys.PtrSize)}
768                         copy(h.allArenas, oldSlice)
769                         // Do not free the old backing array because
770                         // there may be concurrent readers. Since we
771                         // double the array each time, this can lead
772                         // to at most 2x waste.
773                 }
774                 h.allArenas = h.allArenas[:len(h.allArenas)+1]
775                 h.allArenas[len(h.allArenas)-1] = ri
776
777                 // Store atomically just in case an object from the
778                 // new heap arena becomes visible before the heap lock
779                 // is released (which shouldn't happen, but there's
780                 // little downside to this).
781                 atomic.StorepNoWB(unsafe.Pointer(&l2[ri.l2()]), unsafe.Pointer(r))
782         }
783
784         // Tell the race detector about the new heap memory.
785         if raceenabled {
786                 racemapshadow(v, size)
787         }
788
789         return
790 }
791
792 // sysReserveAligned is like sysReserve, but the returned pointer is
793 // aligned to align bytes. It may reserve either n or n+align bytes,
794 // so it returns the size that was reserved.
795 func sysReserveAligned(v unsafe.Pointer, size, align uintptr) (unsafe.Pointer, uintptr) {
796         // Since the alignment is rather large in uses of this
797         // function, we're not likely to get it by chance, so we ask
798         // for a larger region and remove the parts we don't need.
799         retries := 0
800 retry:
801         p := uintptr(sysReserve(v, size+align))
802         switch {
803         case p == 0:
804                 return nil, 0
805         case p&(align-1) == 0:
806                 // We got lucky and got an aligned region, so we can
807                 // use the whole thing.
808                 return unsafe.Pointer(p), size + align
809         case GOOS == "windows":
810                 // On Windows we can't release pieces of a
811                 // reservation, so we release the whole thing and
812                 // re-reserve the aligned sub-region. This may race,
813                 // so we may have to try again.
814                 sysFree(unsafe.Pointer(p), size+align, nil)
815                 p = alignUp(p, align)
816                 p2 := sysReserve(unsafe.Pointer(p), size)
817                 if p != uintptr(p2) {
818                         // Must have raced. Try again.
819                         sysFree(p2, size, nil)
820                         if retries++; retries == 100 {
821                                 throw("failed to allocate aligned heap memory; too many retries")
822                         }
823                         goto retry
824                 }
825                 // Success.
826                 return p2, size
827         default:
828                 // Trim off the unaligned parts.
829                 pAligned := alignUp(p, align)
830                 sysFree(unsafe.Pointer(p), pAligned-p, nil)
831                 end := pAligned + size
832                 endLen := (p + size + align) - end
833                 if endLen > 0 {
834                         sysFree(unsafe.Pointer(end), endLen, nil)
835                 }
836                 return unsafe.Pointer(pAligned), size
837         }
838 }
839
840 // base address for all 0-byte allocations
841 var zerobase uintptr
842
843 // nextFreeFast returns the next free object if one is quickly available.
844 // Otherwise it returns 0.
845 func nextFreeFast(s *mspan) gclinkptr {
846         theBit := sys.Ctz64(s.allocCache) // Is there a free object in the allocCache?
847         if theBit < 64 {
848                 result := s.freeindex + uintptr(theBit)
849                 if result < s.nelems {
850                         freeidx := result + 1
851                         if freeidx%64 == 0 && freeidx != s.nelems {
852                                 return 0
853                         }
854                         s.allocCache >>= uint(theBit + 1)
855                         s.freeindex = freeidx
856                         s.allocCount++
857                         return gclinkptr(result*s.elemsize + s.base())
858                 }
859         }
860         return 0
861 }
862
863 // nextFree returns the next free object from the cached span if one is available.
864 // Otherwise it refills the cache with a span with an available object and
865 // returns that object along with a flag indicating that this was a heavy
866 // weight allocation. If it is a heavy weight allocation the caller must
867 // determine whether a new GC cycle needs to be started or if the GC is active
868 // whether this goroutine needs to assist the GC.
869 //
870 // Must run in a non-preemptible context since otherwise the owner of
871 // c could change.
872 func (c *mcache) nextFree(spc spanClass) (v gclinkptr, s *mspan, shouldhelpgc bool) {
873         s = c.alloc[spc]
874         shouldhelpgc = false
875         freeIndex := s.nextFreeIndex()
876         if freeIndex == s.nelems {
877                 // The span is full.
878                 if uintptr(s.allocCount) != s.nelems {
879                         println("runtime: s.allocCount=", s.allocCount, "s.nelems=", s.nelems)
880                         throw("s.allocCount != s.nelems && freeIndex == s.nelems")
881                 }
882                 c.refill(spc)
883                 shouldhelpgc = true
884                 s = c.alloc[spc]
885
886                 freeIndex = s.nextFreeIndex()
887         }
888
889         if freeIndex >= s.nelems {
890                 throw("freeIndex is not valid")
891         }
892
893         v = gclinkptr(freeIndex*s.elemsize + s.base())
894         s.allocCount++
895         if uintptr(s.allocCount) > s.nelems {
896                 println("s.allocCount=", s.allocCount, "s.nelems=", s.nelems)
897                 throw("s.allocCount > s.nelems")
898         }
899         return
900 }
901
902 // Allocate an object of size bytes.
903 // Small objects are allocated from the per-P cache's free lists.
904 // Large objects (> 32 kB) are allocated straight from the heap.
905 func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
906         if gcphase == _GCmarktermination {
907                 throw("mallocgc called with gcphase == _GCmarktermination")
908         }
909
910         if size == 0 {
911                 return unsafe.Pointer(&zerobase)
912         }
913
914         if debug.malloc {
915                 if debug.sbrk != 0 {
916                         align := uintptr(16)
917                         if typ != nil {
918                                 // TODO(austin): This should be just
919                                 //   align = uintptr(typ.align)
920                                 // but that's only 4 on 32-bit platforms,
921                                 // even if there's a uint64 field in typ (see #599).
922                                 // This causes 64-bit atomic accesses to panic.
923                                 // Hence, we use stricter alignment that matches
924                                 // the normal allocator better.
925                                 if size&7 == 0 {
926                                         align = 8
927                                 } else if size&3 == 0 {
928                                         align = 4
929                                 } else if size&1 == 0 {
930                                         align = 2
931                                 } else {
932                                         align = 1
933                                 }
934                         }
935                         return persistentalloc(size, align, &memstats.other_sys)
936                 }
937
938                 if inittrace.active && inittrace.id == getg().goid {
939                         // Init functions are executed sequentially in a single Go routine.
940                         inittrace.allocs += 1
941                 }
942         }
943
944         // assistG is the G to charge for this allocation, or nil if
945         // GC is not currently active.
946         var assistG *g
947         if gcBlackenEnabled != 0 {
948                 // Charge the current user G for this allocation.
949                 assistG = getg()
950                 if assistG.m.curg != nil {
951                         assistG = assistG.m.curg
952                 }
953                 // Charge the allocation against the G. We'll account
954                 // for internal fragmentation at the end of mallocgc.
955                 assistG.gcAssistBytes -= int64(size)
956
957                 if assistG.gcAssistBytes < 0 {
958                         // This G is in debt. Assist the GC to correct
959                         // this before allocating. This must happen
960                         // before disabling preemption.
961                         gcAssistAlloc(assistG)
962                 }
963         }
964
965         // Set mp.mallocing to keep from being preempted by GC.
966         mp := acquirem()
967         if mp.mallocing != 0 {
968                 throw("malloc deadlock")
969         }
970         if mp.gsignal == getg() {
971                 throw("malloc during signal")
972         }
973         mp.mallocing = 1
974
975         shouldhelpgc := false
976         dataSize := size
977         c := getMCache()
978         if c == nil {
979                 throw("mallocgc called without a P or outside bootstrapping")
980         }
981         var span *mspan
982         var x unsafe.Pointer
983         noscan := typ == nil || typ.ptrdata == 0
984         if size <= maxSmallSize {
985                 if noscan && size < maxTinySize {
986                         // Tiny allocator.
987                         //
988                         // Tiny allocator combines several tiny allocation requests
989                         // into a single memory block. The resulting memory block
990                         // is freed when all subobjects are unreachable. The subobjects
991                         // must be noscan (don't have pointers), this ensures that
992                         // the amount of potentially wasted memory is bounded.
993                         //
994                         // Size of the memory block used for combining (maxTinySize) is tunable.
995                         // Current setting is 16 bytes, which relates to 2x worst case memory
996                         // wastage (when all but one subobjects are unreachable).
997                         // 8 bytes would result in no wastage at all, but provides less
998                         // opportunities for combining.
999                         // 32 bytes provides more opportunities for combining,
1000                         // but can lead to 4x worst case wastage.
1001                         // The best case winning is 8x regardless of block size.
1002                         //
1003                         // Objects obtained from tiny allocator must not be freed explicitly.
1004                         // So when an object will be freed explicitly, we ensure that
1005                         // its size >= maxTinySize.
1006                         //
1007                         // SetFinalizer has a special case for objects potentially coming
1008                         // from tiny allocator, it such case it allows to set finalizers
1009                         // for an inner byte of a memory block.
1010                         //
1011                         // The main targets of tiny allocator are small strings and
1012                         // standalone escaping variables. On a json benchmark
1013                         // the allocator reduces number of allocations by ~12% and
1014                         // reduces heap size by ~20%.
1015                         off := c.tinyoffset
1016                         // Align tiny pointer for required (conservative) alignment.
1017                         if size&7 == 0 {
1018                                 off = alignUp(off, 8)
1019                         } else if sys.PtrSize == 4 && size == 12 {
1020                                 // Conservatively align 12-byte objects to 8 bytes on 32-bit
1021                                 // systems so that objects whose first field is a 64-bit
1022                                 // value is aligned to 8 bytes and does not cause a fault on
1023                                 // atomic access. See issue 37262.
1024                                 // TODO(mknyszek): Remove this workaround if/when issue 36606
1025                                 // is resolved.
1026                                 off = alignUp(off, 8)
1027                         } else if size&3 == 0 {
1028                                 off = alignUp(off, 4)
1029                         } else if size&1 == 0 {
1030                                 off = alignUp(off, 2)
1031                         }
1032                         if off+size <= maxTinySize && c.tiny != 0 {
1033                                 // The object fits into existing tiny block.
1034                                 x = unsafe.Pointer(c.tiny + off)
1035                                 c.tinyoffset = off + size
1036                                 c.tinyAllocs++
1037                                 mp.mallocing = 0
1038                                 releasem(mp)
1039                                 return x
1040                         }
1041                         // Allocate a new maxTinySize block.
1042                         span = c.alloc[tinySpanClass]
1043                         v := nextFreeFast(span)
1044                         if v == 0 {
1045                                 v, span, shouldhelpgc = c.nextFree(tinySpanClass)
1046                         }
1047                         x = unsafe.Pointer(v)
1048                         (*[2]uint64)(x)[0] = 0
1049                         (*[2]uint64)(x)[1] = 0
1050                         // See if we need to replace the existing tiny block with the new one
1051                         // based on amount of remaining free space.
1052                         if size < c.tinyoffset || c.tiny == 0 {
1053                                 c.tiny = uintptr(x)
1054                                 c.tinyoffset = size
1055                         }
1056                         size = maxTinySize
1057                 } else {
1058                         var sizeclass uint8
1059                         if size <= smallSizeMax-8 {
1060                                 sizeclass = size_to_class8[divRoundUp(size, smallSizeDiv)]
1061                         } else {
1062                                 sizeclass = size_to_class128[divRoundUp(size-smallSizeMax, largeSizeDiv)]
1063                         }
1064                         size = uintptr(class_to_size[sizeclass])
1065                         spc := makeSpanClass(sizeclass, noscan)
1066                         span = c.alloc[spc]
1067                         v := nextFreeFast(span)
1068                         if v == 0 {
1069                                 v, span, shouldhelpgc = c.nextFree(spc)
1070                         }
1071                         x = unsafe.Pointer(v)
1072                         if needzero && span.needzero != 0 {
1073                                 memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(v), size)
1074                         }
1075                 }
1076         } else {
1077                 shouldhelpgc = true
1078                 span = c.allocLarge(size, needzero, noscan)
1079                 span.freeindex = 1
1080                 span.allocCount = 1
1081                 x = unsafe.Pointer(span.base())
1082                 size = span.elemsize
1083         }
1084
1085         var scanSize uintptr
1086         if !noscan {
1087                 // If allocating a defer+arg block, now that we've picked a malloc size
1088                 // large enough to hold everything, cut the "asked for" size down to
1089                 // just the defer header, so that the GC bitmap will record the arg block
1090                 // as containing nothing at all (as if it were unused space at the end of
1091                 // a malloc block caused by size rounding).
1092                 // The defer arg areas are scanned as part of scanstack.
1093                 if typ == deferType {
1094                         dataSize = unsafe.Sizeof(_defer{})
1095                 }
1096                 heapBitsSetType(uintptr(x), size, dataSize, typ)
1097                 if dataSize > typ.size {
1098                         // Array allocation. If there are any
1099                         // pointers, GC has to scan to the last
1100                         // element.
1101                         if typ.ptrdata != 0 {
1102                                 scanSize = dataSize - typ.size + typ.ptrdata
1103                         }
1104                 } else {
1105                         scanSize = typ.ptrdata
1106                 }
1107                 c.scanAlloc += scanSize
1108         }
1109
1110         // Ensure that the stores above that initialize x to
1111         // type-safe memory and set the heap bits occur before
1112         // the caller can make x observable to the garbage
1113         // collector. Otherwise, on weakly ordered machines,
1114         // the garbage collector could follow a pointer to x,
1115         // but see uninitialized memory or stale heap bits.
1116         publicationBarrier()
1117
1118         // Allocate black during GC.
1119         // All slots hold nil so no scanning is needed.
1120         // This may be racing with GC so do it atomically if there can be
1121         // a race marking the bit.
1122         if gcphase != _GCoff {
1123                 gcmarknewobject(span, uintptr(x), size, scanSize)
1124         }
1125
1126         if raceenabled {
1127                 racemalloc(x, size)
1128         }
1129
1130         if msanenabled {
1131                 msanmalloc(x, size)
1132         }
1133
1134         mp.mallocing = 0
1135         releasem(mp)
1136
1137         if debug.malloc {
1138                 if debug.allocfreetrace != 0 {
1139                         tracealloc(x, size, typ)
1140                 }
1141
1142                 if inittrace.active && inittrace.id == getg().goid {
1143                         // Init functions are executed sequentially in a single Go routine.
1144                         inittrace.bytes += uint64(size)
1145                 }
1146         }
1147
1148         if rate := MemProfileRate; rate > 0 {
1149                 if rate != 1 && size < c.nextSample {
1150                         c.nextSample -= size
1151                 } else {
1152                         mp := acquirem()
1153                         profilealloc(mp, x, size)
1154                         releasem(mp)
1155                 }
1156         }
1157
1158         if assistG != nil {
1159                 // Account for internal fragmentation in the assist
1160                 // debt now that we know it.
1161                 assistG.gcAssistBytes -= int64(size - dataSize)
1162         }
1163
1164         if shouldhelpgc {
1165                 if t := (gcTrigger{kind: gcTriggerHeap}); t.test() {
1166                         gcStart(t)
1167                 }
1168         }
1169
1170         return x
1171 }
1172
1173 // implementation of new builtin
1174 // compiler (both frontend and SSA backend) knows the signature
1175 // of this function
1176 func newobject(typ *_type) unsafe.Pointer {
1177         return mallocgc(typ.size, typ, true)
1178 }
1179
1180 //go:linkname reflect_unsafe_New reflect.unsafe_New
1181 func reflect_unsafe_New(typ *_type) unsafe.Pointer {
1182         return mallocgc(typ.size, typ, true)
1183 }
1184
1185 //go:linkname reflectlite_unsafe_New internal/reflectlite.unsafe_New
1186 func reflectlite_unsafe_New(typ *_type) unsafe.Pointer {
1187         return mallocgc(typ.size, typ, true)
1188 }
1189
1190 // newarray allocates an array of n elements of type typ.
1191 func newarray(typ *_type, n int) unsafe.Pointer {
1192         if n == 1 {
1193                 return mallocgc(typ.size, typ, true)
1194         }
1195         mem, overflow := math.MulUintptr(typ.size, uintptr(n))
1196         if overflow || mem > maxAlloc || n < 0 {
1197                 panic(plainError("runtime: allocation size out of range"))
1198         }
1199         return mallocgc(mem, typ, true)
1200 }
1201
1202 //go:linkname reflect_unsafe_NewArray reflect.unsafe_NewArray
1203 func reflect_unsafe_NewArray(typ *_type, n int) unsafe.Pointer {
1204         return newarray(typ, n)
1205 }
1206
1207 func profilealloc(mp *m, x unsafe.Pointer, size uintptr) {
1208         c := getMCache()
1209         if c == nil {
1210                 throw("profilealloc called without a P or outside bootstrapping")
1211         }
1212         c.nextSample = nextSample()
1213         mProf_Malloc(x, size)
1214 }
1215
1216 // nextSample returns the next sampling point for heap profiling. The goal is
1217 // to sample allocations on average every MemProfileRate bytes, but with a
1218 // completely random distribution over the allocation timeline; this
1219 // corresponds to a Poisson process with parameter MemProfileRate. In Poisson
1220 // processes, the distance between two samples follows the exponential
1221 // distribution (exp(MemProfileRate)), so the best return value is a random
1222 // number taken from an exponential distribution whose mean is MemProfileRate.
1223 func nextSample() uintptr {
1224         if MemProfileRate == 1 {
1225                 // Callers assign our return value to
1226                 // mcache.next_sample, but next_sample is not used
1227                 // when the rate is 1. So avoid the math below and
1228                 // just return something.
1229                 return 0
1230         }
1231         if GOOS == "plan9" {
1232                 // Plan 9 doesn't support floating point in note handler.
1233                 if g := getg(); g == g.m.gsignal {
1234                         return nextSampleNoFP()
1235                 }
1236         }
1237
1238         return uintptr(fastexprand(MemProfileRate))
1239 }
1240
1241 // fastexprand returns a random number from an exponential distribution with
1242 // the specified mean.
1243 func fastexprand(mean int) int32 {
1244         // Avoid overflow. Maximum possible step is
1245         // -ln(1/(1<<randomBitCount)) * mean, approximately 20 * mean.
1246         switch {
1247         case mean > 0x7000000:
1248                 mean = 0x7000000
1249         case mean == 0:
1250                 return 0
1251         }
1252
1253         // Take a random sample of the exponential distribution exp(-mean*x).
1254         // The probability distribution function is mean*exp(-mean*x), so the CDF is
1255         // p = 1 - exp(-mean*x), so
1256         // q = 1 - p == exp(-mean*x)
1257         // log_e(q) = -mean*x
1258         // -log_e(q)/mean = x
1259         // x = -log_e(q) * mean
1260         // x = log_2(q) * (-log_e(2)) * mean    ; Using log_2 for efficiency
1261         const randomBitCount = 26
1262         q := fastrand()%(1<<randomBitCount) + 1
1263         qlog := fastlog2(float64(q)) - randomBitCount
1264         if qlog > 0 {
1265                 qlog = 0
1266         }
1267         const minusLog2 = -0.6931471805599453 // -ln(2)
1268         return int32(qlog*(minusLog2*float64(mean))) + 1
1269 }
1270
1271 // nextSampleNoFP is similar to nextSample, but uses older,
1272 // simpler code to avoid floating point.
1273 func nextSampleNoFP() uintptr {
1274         // Set first allocation sample size.
1275         rate := MemProfileRate
1276         if rate > 0x3fffffff { // make 2*rate not overflow
1277                 rate = 0x3fffffff
1278         }
1279         if rate != 0 {
1280                 return uintptr(fastrand() % uint32(2*rate))
1281         }
1282         return 0
1283 }
1284
1285 type persistentAlloc struct {
1286         base *notInHeap
1287         off  uintptr
1288 }
1289
1290 var globalAlloc struct {
1291         mutex
1292         persistentAlloc
1293 }
1294
1295 // persistentChunkSize is the number of bytes we allocate when we grow
1296 // a persistentAlloc.
1297 const persistentChunkSize = 256 << 10
1298
1299 // persistentChunks is a list of all the persistent chunks we have
1300 // allocated. The list is maintained through the first word in the
1301 // persistent chunk. This is updated atomically.
1302 var persistentChunks *notInHeap
1303
1304 // Wrapper around sysAlloc that can allocate small chunks.
1305 // There is no associated free operation.
1306 // Intended for things like function/type/debug-related persistent data.
1307 // If align is 0, uses default align (currently 8).
1308 // The returned memory will be zeroed.
1309 //
1310 // Consider marking persistentalloc'd types go:notinheap.
1311 func persistentalloc(size, align uintptr, sysStat *sysMemStat) unsafe.Pointer {
1312         var p *notInHeap
1313         systemstack(func() {
1314                 p = persistentalloc1(size, align, sysStat)
1315         })
1316         return unsafe.Pointer(p)
1317 }
1318
1319 // Must run on system stack because stack growth can (re)invoke it.
1320 // See issue 9174.
1321 //go:systemstack
1322 func persistentalloc1(size, align uintptr, sysStat *sysMemStat) *notInHeap {
1323         const (
1324                 maxBlock = 64 << 10 // VM reservation granularity is 64K on windows
1325         )
1326
1327         if size == 0 {
1328                 throw("persistentalloc: size == 0")
1329         }
1330         if align != 0 {
1331                 if align&(align-1) != 0 {
1332                         throw("persistentalloc: align is not a power of 2")
1333                 }
1334                 if align > _PageSize {
1335                         throw("persistentalloc: align is too large")
1336                 }
1337         } else {
1338                 align = 8
1339         }
1340
1341         if size >= maxBlock {
1342                 return (*notInHeap)(sysAlloc(size, sysStat))
1343         }
1344
1345         mp := acquirem()
1346         var persistent *persistentAlloc
1347         if mp != nil && mp.p != 0 {
1348                 persistent = &mp.p.ptr().palloc
1349         } else {
1350                 lock(&globalAlloc.mutex)
1351                 persistent = &globalAlloc.persistentAlloc
1352         }
1353         persistent.off = alignUp(persistent.off, align)
1354         if persistent.off+size > persistentChunkSize || persistent.base == nil {
1355                 persistent.base = (*notInHeap)(sysAlloc(persistentChunkSize, &memstats.other_sys))
1356                 if persistent.base == nil {
1357                         if persistent == &globalAlloc.persistentAlloc {
1358                                 unlock(&globalAlloc.mutex)
1359                         }
1360                         throw("runtime: cannot allocate memory")
1361                 }
1362
1363                 // Add the new chunk to the persistentChunks list.
1364                 for {
1365                         chunks := uintptr(unsafe.Pointer(persistentChunks))
1366                         *(*uintptr)(unsafe.Pointer(persistent.base)) = chunks
1367                         if atomic.Casuintptr((*uintptr)(unsafe.Pointer(&persistentChunks)), chunks, uintptr(unsafe.Pointer(persistent.base))) {
1368                                 break
1369                         }
1370                 }
1371                 persistent.off = alignUp(sys.PtrSize, align)
1372         }
1373         p := persistent.base.add(persistent.off)
1374         persistent.off += size
1375         releasem(mp)
1376         if persistent == &globalAlloc.persistentAlloc {
1377                 unlock(&globalAlloc.mutex)
1378         }
1379
1380         if sysStat != &memstats.other_sys {
1381                 sysStat.add(int64(size))
1382                 memstats.other_sys.add(-int64(size))
1383         }
1384         return p
1385 }
1386
1387 // inPersistentAlloc reports whether p points to memory allocated by
1388 // persistentalloc. This must be nosplit because it is called by the
1389 // cgo checker code, which is called by the write barrier code.
1390 //go:nosplit
1391 func inPersistentAlloc(p uintptr) bool {
1392         chunk := atomic.Loaduintptr((*uintptr)(unsafe.Pointer(&persistentChunks)))
1393         for chunk != 0 {
1394                 if p >= chunk && p < chunk+persistentChunkSize {
1395                         return true
1396                 }
1397                 chunk = *(*uintptr)(unsafe.Pointer(chunk))
1398         }
1399         return false
1400 }
1401
1402 // linearAlloc is a simple linear allocator that pre-reserves a region
1403 // of memory and then maps that region into the Ready state as needed. The
1404 // caller is responsible for locking.
1405 type linearAlloc struct {
1406         next   uintptr // next free byte
1407         mapped uintptr // one byte past end of mapped space
1408         end    uintptr // end of reserved space
1409 }
1410
1411 func (l *linearAlloc) init(base, size uintptr) {
1412         if base+size < base {
1413                 // Chop off the last byte. The runtime isn't prepared
1414                 // to deal with situations where the bounds could overflow.
1415                 // Leave that memory reserved, though, so we don't map it
1416                 // later.
1417                 size -= 1
1418         }
1419         l.next, l.mapped = base, base
1420         l.end = base + size
1421 }
1422
1423 func (l *linearAlloc) alloc(size, align uintptr, sysStat *sysMemStat) unsafe.Pointer {
1424         p := alignUp(l.next, align)
1425         if p+size > l.end {
1426                 return nil
1427         }
1428         l.next = p + size
1429         if pEnd := alignUp(l.next-1, physPageSize); pEnd > l.mapped {
1430                 // Transition from Reserved to Prepared to Ready.
1431                 sysMap(unsafe.Pointer(l.mapped), pEnd-l.mapped, sysStat)
1432                 sysUsed(unsafe.Pointer(l.mapped), pEnd-l.mapped)
1433                 l.mapped = pEnd
1434         }
1435         return unsafe.Pointer(p)
1436 }
1437
1438 // notInHeap is off-heap memory allocated by a lower-level allocator
1439 // like sysAlloc or persistentAlloc.
1440 //
1441 // In general, it's better to use real types marked as go:notinheap,
1442 // but this serves as a generic type for situations where that isn't
1443 // possible (like in the allocators).
1444 //
1445 // TODO: Use this as the return type of sysAlloc, persistentAlloc, etc?
1446 //
1447 //go:notinheap
1448 type notInHeap struct{}
1449
1450 func (p *notInHeap) add(bytes uintptr) *notInHeap {
1451         return (*notInHeap)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(p)) + bytes))
1452 }