]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mprof.go
runtime: remove go119ConcurrentGoroutineProfile flag
[gostls13.git] / src / runtime / mprof.go
1 // Copyright 2009 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 // Malloc profiling.
6 // Patterned after tcmalloc's algorithms; shorter code.
7
8 package runtime
9
10 import (
11         "internal/abi"
12         "runtime/internal/atomic"
13         "runtime/internal/sys"
14         "unsafe"
15 )
16
17 // NOTE(rsc): Everything here could use cas if contention became an issue.
18 var (
19         // profInsertLock protects changes to the start of all *bucket linked lists
20         profInsertLock mutex
21         // profBlockLock protects the contents of every blockRecord struct
22         profBlockLock mutex
23         // profMemActiveLock protects the active field of every memRecord struct
24         profMemActiveLock mutex
25         // profMemFutureLock is a set of locks that protect the respective elements
26         // of the future array of every memRecord struct
27         profMemFutureLock [len(memRecord{}.future)]mutex
28 )
29
30 // All memory allocations are local and do not escape outside of the profiler.
31 // The profiler is forbidden from referring to garbage-collected memory.
32
33 const (
34         // profile types
35         memProfile bucketType = 1 + iota
36         blockProfile
37         mutexProfile
38
39         // size of bucket hash table
40         buckHashSize = 179999
41
42         // max depth of stack to record in bucket
43         maxStack = 32
44 )
45
46 type bucketType int
47
48 // A bucket holds per-call-stack profiling information.
49 // The representation is a bit sleazy, inherited from C.
50 // This struct defines the bucket header. It is followed in
51 // memory by the stack words and then the actual record
52 // data, either a memRecord or a blockRecord.
53 //
54 // Per-call-stack profiling information.
55 // Lookup by hashing call stack into a linked-list hash table.
56 //
57 // None of the fields in this bucket header are modified after
58 // creation, including its next and allnext links.
59 //
60 // No heap pointers.
61 type bucket struct {
62         _       sys.NotInHeap
63         next    *bucket
64         allnext *bucket
65         typ     bucketType // memBucket or blockBucket (includes mutexProfile)
66         hash    uintptr
67         size    uintptr
68         nstk    uintptr
69 }
70
71 // A memRecord is the bucket data for a bucket of type memProfile,
72 // part of the memory profile.
73 type memRecord struct {
74         // The following complex 3-stage scheme of stats accumulation
75         // is required to obtain a consistent picture of mallocs and frees
76         // for some point in time.
77         // The problem is that mallocs come in real time, while frees
78         // come only after a GC during concurrent sweeping. So if we would
79         // naively count them, we would get a skew toward mallocs.
80         //
81         // Hence, we delay information to get consistent snapshots as
82         // of mark termination. Allocations count toward the next mark
83         // termination's snapshot, while sweep frees count toward the
84         // previous mark termination's snapshot:
85         //
86         //              MT          MT          MT          MT
87         //             .·|         .·|         .·|         .·|
88         //          .·˙  |      .·˙  |      .·˙  |      .·˙  |
89         //       .·˙     |   .·˙     |   .·˙     |   .·˙     |
90         //    .·˙        |.·˙        |.·˙        |.·˙        |
91         //
92         //       alloc → ▲ ← free
93         //               ┠┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅P
94         //       C+2     →    C+1    →  C
95         //
96         //                   alloc → ▲ ← free
97         //                           ┠┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅┅P
98         //                   C+2     →    C+1    →  C
99         //
100         // Since we can't publish a consistent snapshot until all of
101         // the sweep frees are accounted for, we wait until the next
102         // mark termination ("MT" above) to publish the previous mark
103         // termination's snapshot ("P" above). To do this, allocation
104         // and free events are accounted to *future* heap profile
105         // cycles ("C+n" above) and we only publish a cycle once all
106         // of the events from that cycle must be done. Specifically:
107         //
108         // Mallocs are accounted to cycle C+2.
109         // Explicit frees are accounted to cycle C+2.
110         // GC frees (done during sweeping) are accounted to cycle C+1.
111         //
112         // After mark termination, we increment the global heap
113         // profile cycle counter and accumulate the stats from cycle C
114         // into the active profile.
115
116         // active is the currently published profile. A profiling
117         // cycle can be accumulated into active once its complete.
118         active memRecordCycle
119
120         // future records the profile events we're counting for cycles
121         // that have not yet been published. This is ring buffer
122         // indexed by the global heap profile cycle C and stores
123         // cycles C, C+1, and C+2. Unlike active, these counts are
124         // only for a single cycle; they are not cumulative across
125         // cycles.
126         //
127         // We store cycle C here because there's a window between when
128         // C becomes the active cycle and when we've flushed it to
129         // active.
130         future [3]memRecordCycle
131 }
132
133 // memRecordCycle
134 type memRecordCycle struct {
135         allocs, frees           uintptr
136         alloc_bytes, free_bytes uintptr
137 }
138
139 // add accumulates b into a. It does not zero b.
140 func (a *memRecordCycle) add(b *memRecordCycle) {
141         a.allocs += b.allocs
142         a.frees += b.frees
143         a.alloc_bytes += b.alloc_bytes
144         a.free_bytes += b.free_bytes
145 }
146
147 // A blockRecord is the bucket data for a bucket of type blockProfile,
148 // which is used in blocking and mutex profiles.
149 type blockRecord struct {
150         count  float64
151         cycles int64
152 }
153
154 var (
155         mbuckets atomic.UnsafePointer // *bucket, memory profile buckets
156         bbuckets atomic.UnsafePointer // *bucket, blocking profile buckets
157         xbuckets atomic.UnsafePointer // *bucket, mutex profile buckets
158         buckhash atomic.UnsafePointer // *buckhashArray
159
160         mProfCycle mProfCycleHolder
161 )
162
163 type buckhashArray [buckHashSize]atomic.UnsafePointer // *bucket
164
165 const mProfCycleWrap = uint32(len(memRecord{}.future)) * (2 << 24)
166
167 // mProfCycleHolder holds the global heap profile cycle number (wrapped at
168 // mProfCycleWrap, stored starting at bit 1), and a flag (stored at bit 0) to
169 // indicate whether future[cycle] in all buckets has been queued to flush into
170 // the active profile.
171 type mProfCycleHolder struct {
172         value atomic.Uint32
173 }
174
175 // read returns the current cycle count.
176 func (c *mProfCycleHolder) read() (cycle uint32) {
177         v := c.value.Load()
178         cycle = v >> 1
179         return cycle
180 }
181
182 // setFlushed sets the flushed flag. It returns the current cycle count and the
183 // previous value of the flushed flag.
184 func (c *mProfCycleHolder) setFlushed() (cycle uint32, alreadyFlushed bool) {
185         for {
186                 prev := c.value.Load()
187                 cycle = prev >> 1
188                 alreadyFlushed = (prev & 0x1) != 0
189                 next := prev | 0x1
190                 if c.value.CompareAndSwap(prev, next) {
191                         return cycle, alreadyFlushed
192                 }
193         }
194 }
195
196 // increment increases the cycle count by one, wrapping the value at
197 // mProfCycleWrap. It clears the flushed flag.
198 func (c *mProfCycleHolder) increment() {
199         // We explicitly wrap mProfCycle rather than depending on
200         // uint wraparound because the memRecord.future ring does not
201         // itself wrap at a power of two.
202         for {
203                 prev := c.value.Load()
204                 cycle := prev >> 1
205                 cycle = (cycle + 1) % mProfCycleWrap
206                 next := cycle << 1
207                 if c.value.CompareAndSwap(prev, next) {
208                         break
209                 }
210         }
211 }
212
213 // newBucket allocates a bucket with the given type and number of stack entries.
214 func newBucket(typ bucketType, nstk int) *bucket {
215         size := unsafe.Sizeof(bucket{}) + uintptr(nstk)*unsafe.Sizeof(uintptr(0))
216         switch typ {
217         default:
218                 throw("invalid profile bucket type")
219         case memProfile:
220                 size += unsafe.Sizeof(memRecord{})
221         case blockProfile, mutexProfile:
222                 size += unsafe.Sizeof(blockRecord{})
223         }
224
225         b := (*bucket)(persistentalloc(size, 0, &memstats.buckhash_sys))
226         b.typ = typ
227         b.nstk = uintptr(nstk)
228         return b
229 }
230
231 // stk returns the slice in b holding the stack.
232 func (b *bucket) stk() []uintptr {
233         stk := (*[maxStack]uintptr)(add(unsafe.Pointer(b), unsafe.Sizeof(*b)))
234         return stk[:b.nstk:b.nstk]
235 }
236
237 // mp returns the memRecord associated with the memProfile bucket b.
238 func (b *bucket) mp() *memRecord {
239         if b.typ != memProfile {
240                 throw("bad use of bucket.mp")
241         }
242         data := add(unsafe.Pointer(b), unsafe.Sizeof(*b)+b.nstk*unsafe.Sizeof(uintptr(0)))
243         return (*memRecord)(data)
244 }
245
246 // bp returns the blockRecord associated with the blockProfile bucket b.
247 func (b *bucket) bp() *blockRecord {
248         if b.typ != blockProfile && b.typ != mutexProfile {
249                 throw("bad use of bucket.bp")
250         }
251         data := add(unsafe.Pointer(b), unsafe.Sizeof(*b)+b.nstk*unsafe.Sizeof(uintptr(0)))
252         return (*blockRecord)(data)
253 }
254
255 // Return the bucket for stk[0:nstk], allocating new bucket if needed.
256 func stkbucket(typ bucketType, size uintptr, stk []uintptr, alloc bool) *bucket {
257         bh := (*buckhashArray)(buckhash.Load())
258         if bh == nil {
259                 lock(&profInsertLock)
260                 // check again under the lock
261                 bh = (*buckhashArray)(buckhash.Load())
262                 if bh == nil {
263                         bh = (*buckhashArray)(sysAlloc(unsafe.Sizeof(buckhashArray{}), &memstats.buckhash_sys))
264                         if bh == nil {
265                                 throw("runtime: cannot allocate memory")
266                         }
267                         buckhash.StoreNoWB(unsafe.Pointer(bh))
268                 }
269                 unlock(&profInsertLock)
270         }
271
272         // Hash stack.
273         var h uintptr
274         for _, pc := range stk {
275                 h += pc
276                 h += h << 10
277                 h ^= h >> 6
278         }
279         // hash in size
280         h += size
281         h += h << 10
282         h ^= h >> 6
283         // finalize
284         h += h << 3
285         h ^= h >> 11
286
287         i := int(h % buckHashSize)
288         // first check optimistically, without the lock
289         for b := (*bucket)(bh[i].Load()); b != nil; b = b.next {
290                 if b.typ == typ && b.hash == h && b.size == size && eqslice(b.stk(), stk) {
291                         return b
292                 }
293         }
294
295         if !alloc {
296                 return nil
297         }
298
299         lock(&profInsertLock)
300         // check again under the insertion lock
301         for b := (*bucket)(bh[i].Load()); b != nil; b = b.next {
302                 if b.typ == typ && b.hash == h && b.size == size && eqslice(b.stk(), stk) {
303                         unlock(&profInsertLock)
304                         return b
305                 }
306         }
307
308         // Create new bucket.
309         b := newBucket(typ, len(stk))
310         copy(b.stk(), stk)
311         b.hash = h
312         b.size = size
313
314         var allnext *atomic.UnsafePointer
315         if typ == memProfile {
316                 allnext = &mbuckets
317         } else if typ == mutexProfile {
318                 allnext = &xbuckets
319         } else {
320                 allnext = &bbuckets
321         }
322
323         b.next = (*bucket)(bh[i].Load())
324         b.allnext = (*bucket)(allnext.Load())
325
326         bh[i].StoreNoWB(unsafe.Pointer(b))
327         allnext.StoreNoWB(unsafe.Pointer(b))
328
329         unlock(&profInsertLock)
330         return b
331 }
332
333 func eqslice(x, y []uintptr) bool {
334         if len(x) != len(y) {
335                 return false
336         }
337         for i, xi := range x {
338                 if xi != y[i] {
339                         return false
340                 }
341         }
342         return true
343 }
344
345 // mProf_NextCycle publishes the next heap profile cycle and creates a
346 // fresh heap profile cycle. This operation is fast and can be done
347 // during STW. The caller must call mProf_Flush before calling
348 // mProf_NextCycle again.
349 //
350 // This is called by mark termination during STW so allocations and
351 // frees after the world is started again count towards a new heap
352 // profiling cycle.
353 func mProf_NextCycle() {
354         mProfCycle.increment()
355 }
356
357 // mProf_Flush flushes the events from the current heap profiling
358 // cycle into the active profile. After this it is safe to start a new
359 // heap profiling cycle with mProf_NextCycle.
360 //
361 // This is called by GC after mark termination starts the world. In
362 // contrast with mProf_NextCycle, this is somewhat expensive, but safe
363 // to do concurrently.
364 func mProf_Flush() {
365         cycle, alreadyFlushed := mProfCycle.setFlushed()
366         if alreadyFlushed {
367                 return
368         }
369
370         index := cycle % uint32(len(memRecord{}.future))
371         lock(&profMemActiveLock)
372         lock(&profMemFutureLock[index])
373         mProf_FlushLocked(index)
374         unlock(&profMemFutureLock[index])
375         unlock(&profMemActiveLock)
376 }
377
378 // mProf_FlushLocked flushes the events from the heap profiling cycle at index
379 // into the active profile. The caller must hold the lock for the active profile
380 // (profMemActiveLock) and for the profiling cycle at index
381 // (profMemFutureLock[index]).
382 func mProf_FlushLocked(index uint32) {
383         assertLockHeld(&profMemActiveLock)
384         assertLockHeld(&profMemFutureLock[index])
385         head := (*bucket)(mbuckets.Load())
386         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
387                 mp := b.mp()
388
389                 // Flush cycle C into the published profile and clear
390                 // it for reuse.
391                 mpc := &mp.future[index]
392                 mp.active.add(mpc)
393                 *mpc = memRecordCycle{}
394         }
395 }
396
397 // mProf_PostSweep records that all sweep frees for this GC cycle have
398 // completed. This has the effect of publishing the heap profile
399 // snapshot as of the last mark termination without advancing the heap
400 // profile cycle.
401 func mProf_PostSweep() {
402         // Flush cycle C+1 to the active profile so everything as of
403         // the last mark termination becomes visible. *Don't* advance
404         // the cycle, since we're still accumulating allocs in cycle
405         // C+2, which have to become C+1 in the next mark termination
406         // and so on.
407         cycle := mProfCycle.read() + 1
408
409         index := cycle % uint32(len(memRecord{}.future))
410         lock(&profMemActiveLock)
411         lock(&profMemFutureLock[index])
412         mProf_FlushLocked(index)
413         unlock(&profMemFutureLock[index])
414         unlock(&profMemActiveLock)
415 }
416
417 // Called by malloc to record a profiled block.
418 func mProf_Malloc(p unsafe.Pointer, size uintptr) {
419         var stk [maxStack]uintptr
420         nstk := callers(4, stk[:])
421
422         index := (mProfCycle.read() + 2) % uint32(len(memRecord{}.future))
423
424         b := stkbucket(memProfile, size, stk[:nstk], true)
425         mp := b.mp()
426         mpc := &mp.future[index]
427
428         lock(&profMemFutureLock[index])
429         mpc.allocs++
430         mpc.alloc_bytes += size
431         unlock(&profMemFutureLock[index])
432
433         // Setprofilebucket locks a bunch of other mutexes, so we call it outside of
434         // the profiler locks. This reduces potential contention and chances of
435         // deadlocks. Since the object must be alive during the call to
436         // mProf_Malloc, it's fine to do this non-atomically.
437         systemstack(func() {
438                 setprofilebucket(p, b)
439         })
440 }
441
442 // Called when freeing a profiled block.
443 func mProf_Free(b *bucket, size uintptr) {
444         index := (mProfCycle.read() + 1) % uint32(len(memRecord{}.future))
445
446         mp := b.mp()
447         mpc := &mp.future[index]
448
449         lock(&profMemFutureLock[index])
450         mpc.frees++
451         mpc.free_bytes += size
452         unlock(&profMemFutureLock[index])
453 }
454
455 var blockprofilerate uint64 // in CPU ticks
456
457 // SetBlockProfileRate controls the fraction of goroutine blocking events
458 // that are reported in the blocking profile. The profiler aims to sample
459 // an average of one blocking event per rate nanoseconds spent blocked.
460 //
461 // To include every blocking event in the profile, pass rate = 1.
462 // To turn off profiling entirely, pass rate <= 0.
463 func SetBlockProfileRate(rate int) {
464         var r int64
465         if rate <= 0 {
466                 r = 0 // disable profiling
467         } else if rate == 1 {
468                 r = 1 // profile everything
469         } else {
470                 // convert ns to cycles, use float64 to prevent overflow during multiplication
471                 r = int64(float64(rate) * float64(tickspersecond()) / (1000 * 1000 * 1000))
472                 if r == 0 {
473                         r = 1
474                 }
475         }
476
477         atomic.Store64(&blockprofilerate, uint64(r))
478 }
479
480 func blockevent(cycles int64, skip int) {
481         if cycles <= 0 {
482                 cycles = 1
483         }
484
485         rate := int64(atomic.Load64(&blockprofilerate))
486         if blocksampled(cycles, rate) {
487                 saveblockevent(cycles, rate, skip+1, blockProfile)
488         }
489 }
490
491 // blocksampled returns true for all events where cycles >= rate. Shorter
492 // events have a cycles/rate random chance of returning true.
493 func blocksampled(cycles, rate int64) bool {
494         if rate <= 0 || (rate > cycles && int64(fastrand())%rate > cycles) {
495                 return false
496         }
497         return true
498 }
499
500 func saveblockevent(cycles, rate int64, skip int, which bucketType) {
501         gp := getg()
502         var nstk int
503         var stk [maxStack]uintptr
504         if gp.m.curg == nil || gp.m.curg == gp {
505                 nstk = callers(skip, stk[:])
506         } else {
507                 nstk = gcallers(gp.m.curg, skip, stk[:])
508         }
509         b := stkbucket(which, 0, stk[:nstk], true)
510         bp := b.bp()
511
512         lock(&profBlockLock)
513         // We want to up-scale the count and cycles according to the
514         // probability that the event was sampled. For block profile events,
515         // the sample probability is 1 if cycles >= rate, and cycles / rate
516         // otherwise. For mutex profile events, the sample probability is 1 / rate.
517         // We scale the events by 1 / (probability the event was sampled).
518         if which == blockProfile && cycles < rate {
519                 // Remove sampling bias, see discussion on http://golang.org/cl/299991.
520                 bp.count += float64(rate) / float64(cycles)
521                 bp.cycles += rate
522         } else if which == mutexProfile {
523                 bp.count += float64(rate)
524                 bp.cycles += rate * cycles
525         } else {
526                 bp.count++
527                 bp.cycles += cycles
528         }
529         unlock(&profBlockLock)
530 }
531
532 var mutexprofilerate uint64 // fraction sampled
533
534 // SetMutexProfileFraction controls the fraction of mutex contention events
535 // that are reported in the mutex profile. On average 1/rate events are
536 // reported. The previous rate is returned.
537 //
538 // To turn off profiling entirely, pass rate 0.
539 // To just read the current rate, pass rate < 0.
540 // (For n>1 the details of sampling may change.)
541 func SetMutexProfileFraction(rate int) int {
542         if rate < 0 {
543                 return int(mutexprofilerate)
544         }
545         old := mutexprofilerate
546         atomic.Store64(&mutexprofilerate, uint64(rate))
547         return int(old)
548 }
549
550 //go:linkname mutexevent sync.event
551 func mutexevent(cycles int64, skip int) {
552         if cycles < 0 {
553                 cycles = 0
554         }
555         rate := int64(atomic.Load64(&mutexprofilerate))
556         // TODO(pjw): measure impact of always calling fastrand vs using something
557         // like malloc.go:nextSample()
558         if rate > 0 && int64(fastrand())%rate == 0 {
559                 saveblockevent(cycles, rate, skip+1, mutexProfile)
560         }
561 }
562
563 // Go interface to profile data.
564
565 // A StackRecord describes a single execution stack.
566 type StackRecord struct {
567         Stack0 [32]uintptr // stack trace for this record; ends at first 0 entry
568 }
569
570 // Stack returns the stack trace associated with the record,
571 // a prefix of r.Stack0.
572 func (r *StackRecord) Stack() []uintptr {
573         for i, v := range r.Stack0 {
574                 if v == 0 {
575                         return r.Stack0[0:i]
576                 }
577         }
578         return r.Stack0[0:]
579 }
580
581 // MemProfileRate controls the fraction of memory allocations
582 // that are recorded and reported in the memory profile.
583 // The profiler aims to sample an average of
584 // one allocation per MemProfileRate bytes allocated.
585 //
586 // To include every allocated block in the profile, set MemProfileRate to 1.
587 // To turn off profiling entirely, set MemProfileRate to 0.
588 //
589 // The tools that process the memory profiles assume that the
590 // profile rate is constant across the lifetime of the program
591 // and equal to the current value. Programs that change the
592 // memory profiling rate should do so just once, as early as
593 // possible in the execution of the program (for example,
594 // at the beginning of main).
595 var MemProfileRate int = 512 * 1024
596
597 // disableMemoryProfiling is set by the linker if runtime.MemProfile
598 // is not used and the link type guarantees nobody else could use it
599 // elsewhere.
600 var disableMemoryProfiling bool
601
602 // A MemProfileRecord describes the live objects allocated
603 // by a particular call sequence (stack trace).
604 type MemProfileRecord struct {
605         AllocBytes, FreeBytes     int64       // number of bytes allocated, freed
606         AllocObjects, FreeObjects int64       // number of objects allocated, freed
607         Stack0                    [32]uintptr // stack trace for this record; ends at first 0 entry
608 }
609
610 // InUseBytes returns the number of bytes in use (AllocBytes - FreeBytes).
611 func (r *MemProfileRecord) InUseBytes() int64 { return r.AllocBytes - r.FreeBytes }
612
613 // InUseObjects returns the number of objects in use (AllocObjects - FreeObjects).
614 func (r *MemProfileRecord) InUseObjects() int64 {
615         return r.AllocObjects - r.FreeObjects
616 }
617
618 // Stack returns the stack trace associated with the record,
619 // a prefix of r.Stack0.
620 func (r *MemProfileRecord) Stack() []uintptr {
621         for i, v := range r.Stack0 {
622                 if v == 0 {
623                         return r.Stack0[0:i]
624                 }
625         }
626         return r.Stack0[0:]
627 }
628
629 // MemProfile returns a profile of memory allocated and freed per allocation
630 // site.
631 //
632 // MemProfile returns n, the number of records in the current memory profile.
633 // If len(p) >= n, MemProfile copies the profile into p and returns n, true.
634 // If len(p) < n, MemProfile does not change p and returns n, false.
635 //
636 // If inuseZero is true, the profile includes allocation records
637 // where r.AllocBytes > 0 but r.AllocBytes == r.FreeBytes.
638 // These are sites where memory was allocated, but it has all
639 // been released back to the runtime.
640 //
641 // The returned profile may be up to two garbage collection cycles old.
642 // This is to avoid skewing the profile toward allocations; because
643 // allocations happen in real time but frees are delayed until the garbage
644 // collector performs sweeping, the profile only accounts for allocations
645 // that have had a chance to be freed by the garbage collector.
646 //
647 // Most clients should use the runtime/pprof package or
648 // the testing package's -test.memprofile flag instead
649 // of calling MemProfile directly.
650 func MemProfile(p []MemProfileRecord, inuseZero bool) (n int, ok bool) {
651         cycle := mProfCycle.read()
652         // If we're between mProf_NextCycle and mProf_Flush, take care
653         // of flushing to the active profile so we only have to look
654         // at the active profile below.
655         index := cycle % uint32(len(memRecord{}.future))
656         lock(&profMemActiveLock)
657         lock(&profMemFutureLock[index])
658         mProf_FlushLocked(index)
659         unlock(&profMemFutureLock[index])
660         clear := true
661         head := (*bucket)(mbuckets.Load())
662         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
663                 mp := b.mp()
664                 if inuseZero || mp.active.alloc_bytes != mp.active.free_bytes {
665                         n++
666                 }
667                 if mp.active.allocs != 0 || mp.active.frees != 0 {
668                         clear = false
669                 }
670         }
671         if clear {
672                 // Absolutely no data, suggesting that a garbage collection
673                 // has not yet happened. In order to allow profiling when
674                 // garbage collection is disabled from the beginning of execution,
675                 // accumulate all of the cycles, and recount buckets.
676                 n = 0
677                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
678                         mp := b.mp()
679                         for c := range mp.future {
680                                 lock(&profMemFutureLock[c])
681                                 mp.active.add(&mp.future[c])
682                                 mp.future[c] = memRecordCycle{}
683                                 unlock(&profMemFutureLock[c])
684                         }
685                         if inuseZero || mp.active.alloc_bytes != mp.active.free_bytes {
686                                 n++
687                         }
688                 }
689         }
690         if n <= len(p) {
691                 ok = true
692                 idx := 0
693                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
694                         mp := b.mp()
695                         if inuseZero || mp.active.alloc_bytes != mp.active.free_bytes {
696                                 record(&p[idx], b)
697                                 idx++
698                         }
699                 }
700         }
701         unlock(&profMemActiveLock)
702         return
703 }
704
705 // Write b's data to r.
706 func record(r *MemProfileRecord, b *bucket) {
707         mp := b.mp()
708         r.AllocBytes = int64(mp.active.alloc_bytes)
709         r.FreeBytes = int64(mp.active.free_bytes)
710         r.AllocObjects = int64(mp.active.allocs)
711         r.FreeObjects = int64(mp.active.frees)
712         if raceenabled {
713                 racewriterangepc(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0), getcallerpc(), abi.FuncPCABIInternal(MemProfile))
714         }
715         if msanenabled {
716                 msanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
717         }
718         if asanenabled {
719                 asanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
720         }
721         copy(r.Stack0[:], b.stk())
722         for i := int(b.nstk); i < len(r.Stack0); i++ {
723                 r.Stack0[i] = 0
724         }
725 }
726
727 func iterate_memprof(fn func(*bucket, uintptr, *uintptr, uintptr, uintptr, uintptr)) {
728         lock(&profMemActiveLock)
729         head := (*bucket)(mbuckets.Load())
730         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
731                 mp := b.mp()
732                 fn(b, b.nstk, &b.stk()[0], b.size, mp.active.allocs, mp.active.frees)
733         }
734         unlock(&profMemActiveLock)
735 }
736
737 // BlockProfileRecord describes blocking events originated
738 // at a particular call sequence (stack trace).
739 type BlockProfileRecord struct {
740         Count  int64
741         Cycles int64
742         StackRecord
743 }
744
745 // BlockProfile returns n, the number of records in the current blocking profile.
746 // If len(p) >= n, BlockProfile copies the profile into p and returns n, true.
747 // If len(p) < n, BlockProfile does not change p and returns n, false.
748 //
749 // Most clients should use the runtime/pprof package or
750 // the testing package's -test.blockprofile flag instead
751 // of calling BlockProfile directly.
752 func BlockProfile(p []BlockProfileRecord) (n int, ok bool) {
753         lock(&profBlockLock)
754         head := (*bucket)(bbuckets.Load())
755         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
756                 n++
757         }
758         if n <= len(p) {
759                 ok = true
760                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
761                         bp := b.bp()
762                         r := &p[0]
763                         r.Count = int64(bp.count)
764                         // Prevent callers from having to worry about division by zero errors.
765                         // See discussion on http://golang.org/cl/299991.
766                         if r.Count == 0 {
767                                 r.Count = 1
768                         }
769                         r.Cycles = bp.cycles
770                         if raceenabled {
771                                 racewriterangepc(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0), getcallerpc(), abi.FuncPCABIInternal(BlockProfile))
772                         }
773                         if msanenabled {
774                                 msanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
775                         }
776                         if asanenabled {
777                                 asanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
778                         }
779                         i := copy(r.Stack0[:], b.stk())
780                         for ; i < len(r.Stack0); i++ {
781                                 r.Stack0[i] = 0
782                         }
783                         p = p[1:]
784                 }
785         }
786         unlock(&profBlockLock)
787         return
788 }
789
790 // MutexProfile returns n, the number of records in the current mutex profile.
791 // If len(p) >= n, MutexProfile copies the profile into p and returns n, true.
792 // Otherwise, MutexProfile does not change p, and returns n, false.
793 //
794 // Most clients should use the runtime/pprof package
795 // instead of calling MutexProfile directly.
796 func MutexProfile(p []BlockProfileRecord) (n int, ok bool) {
797         lock(&profBlockLock)
798         head := (*bucket)(xbuckets.Load())
799         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
800                 n++
801         }
802         if n <= len(p) {
803                 ok = true
804                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
805                         bp := b.bp()
806                         r := &p[0]
807                         r.Count = int64(bp.count)
808                         r.Cycles = bp.cycles
809                         i := copy(r.Stack0[:], b.stk())
810                         for ; i < len(r.Stack0); i++ {
811                                 r.Stack0[i] = 0
812                         }
813                         p = p[1:]
814                 }
815         }
816         unlock(&profBlockLock)
817         return
818 }
819
820 // ThreadCreateProfile returns n, the number of records in the thread creation profile.
821 // If len(p) >= n, ThreadCreateProfile copies the profile into p and returns n, true.
822 // If len(p) < n, ThreadCreateProfile does not change p and returns n, false.
823 //
824 // Most clients should use the runtime/pprof package instead
825 // of calling ThreadCreateProfile directly.
826 func ThreadCreateProfile(p []StackRecord) (n int, ok bool) {
827         first := (*m)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&allm)))
828         for mp := first; mp != nil; mp = mp.alllink {
829                 n++
830         }
831         if n <= len(p) {
832                 ok = true
833                 i := 0
834                 for mp := first; mp != nil; mp = mp.alllink {
835                         p[i].Stack0 = mp.createstack
836                         i++
837                 }
838         }
839         return
840 }
841
842 //go:linkname runtime_goroutineProfileWithLabels runtime/pprof.runtime_goroutineProfileWithLabels
843 func runtime_goroutineProfileWithLabels(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
844         return goroutineProfileWithLabels(p, labels)
845 }
846
847 // labels may be nil. If labels is non-nil, it must have the same length as p.
848 func goroutineProfileWithLabels(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
849         if labels != nil && len(labels) != len(p) {
850                 labels = nil
851         }
852
853         return goroutineProfileWithLabelsConcurrent(p, labels)
854 }
855
856 var goroutineProfile = struct {
857         sema    uint32
858         active  bool
859         offset  atomic.Int64
860         records []StackRecord
861         labels  []unsafe.Pointer
862 }{
863         sema: 1,
864 }
865
866 // goroutineProfileState indicates the status of a goroutine's stack for the
867 // current in-progress goroutine profile. Goroutines' stacks are initially
868 // "Absent" from the profile, and end up "Satisfied" by the time the profile is
869 // complete. While a goroutine's stack is being captured, its
870 // goroutineProfileState will be "InProgress" and it will not be able to run
871 // until the capture completes and the state moves to "Satisfied".
872 //
873 // Some goroutines (the finalizer goroutine, which at various times can be
874 // either a "system" or a "user" goroutine, and the goroutine that is
875 // coordinating the profile, any goroutines created during the profile) move
876 // directly to the "Satisfied" state.
877 type goroutineProfileState uint32
878
879 const (
880         goroutineProfileAbsent goroutineProfileState = iota
881         goroutineProfileInProgress
882         goroutineProfileSatisfied
883 )
884
885 type goroutineProfileStateHolder atomic.Uint32
886
887 func (p *goroutineProfileStateHolder) Load() goroutineProfileState {
888         return goroutineProfileState((*atomic.Uint32)(p).Load())
889 }
890
891 func (p *goroutineProfileStateHolder) Store(value goroutineProfileState) {
892         (*atomic.Uint32)(p).Store(uint32(value))
893 }
894
895 func (p *goroutineProfileStateHolder) CompareAndSwap(old, new goroutineProfileState) bool {
896         return (*atomic.Uint32)(p).CompareAndSwap(uint32(old), uint32(new))
897 }
898
899 func goroutineProfileWithLabelsConcurrent(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
900         semacquire(&goroutineProfile.sema)
901
902         ourg := getg()
903
904         stopTheWorld("profile")
905         // Using gcount while the world is stopped should give us a consistent view
906         // of the number of live goroutines, minus the number of goroutines that are
907         // alive and permanently marked as "system". But to make this count agree
908         // with what we'd get from isSystemGoroutine, we need special handling for
909         // goroutines that can vary between user and system to ensure that the count
910         // doesn't change during the collection. So, check the finalizer goroutine
911         // in particular.
912         n = int(gcount())
913         if fingStatus.Load()&fingRunningFinalizer != 0 {
914                 n++
915         }
916
917         if n > len(p) {
918                 // There's not enough space in p to store the whole profile, so (per the
919                 // contract of runtime.GoroutineProfile) we're not allowed to write to p
920                 // at all and must return n, false.
921                 startTheWorld()
922                 semrelease(&goroutineProfile.sema)
923                 return n, false
924         }
925
926         // Save current goroutine.
927         sp := getcallersp()
928         pc := getcallerpc()
929         systemstack(func() {
930                 saveg(pc, sp, ourg, &p[0])
931         })
932         ourg.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileSatisfied)
933         goroutineProfile.offset.Store(1)
934
935         // Prepare for all other goroutines to enter the profile. Aside from ourg,
936         // every goroutine struct in the allgs list has its goroutineProfiled field
937         // cleared. Any goroutine created from this point on (while
938         // goroutineProfile.active is set) will start with its goroutineProfiled
939         // field set to goroutineProfileSatisfied.
940         goroutineProfile.active = true
941         goroutineProfile.records = p
942         goroutineProfile.labels = labels
943         // The finalizer goroutine needs special handling because it can vary over
944         // time between being a user goroutine (eligible for this profile) and a
945         // system goroutine (to be excluded). Pick one before restarting the world.
946         if fing != nil {
947                 fing.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileSatisfied)
948                 if readgstatus(fing) != _Gdead && !isSystemGoroutine(fing, false) {
949                         doRecordGoroutineProfile(fing)
950                 }
951         }
952         startTheWorld()
953
954         // Visit each goroutine that existed as of the startTheWorld call above.
955         //
956         // New goroutines may not be in this list, but we didn't want to know about
957         // them anyway. If they do appear in this list (via reusing a dead goroutine
958         // struct, or racing to launch between the world restarting and us getting
959         // the list), they will already have their goroutineProfiled field set to
960         // goroutineProfileSatisfied before their state transitions out of _Gdead.
961         //
962         // Any goroutine that the scheduler tries to execute concurrently with this
963         // call will start by adding itself to the profile (before the act of
964         // executing can cause any changes in its stack).
965         forEachGRace(func(gp1 *g) {
966                 tryRecordGoroutineProfile(gp1, Gosched)
967         })
968
969         stopTheWorld("profile cleanup")
970         endOffset := goroutineProfile.offset.Swap(0)
971         goroutineProfile.active = false
972         goroutineProfile.records = nil
973         goroutineProfile.labels = nil
974         startTheWorld()
975
976         // Restore the invariant that every goroutine struct in allgs has its
977         // goroutineProfiled field cleared.
978         forEachGRace(func(gp1 *g) {
979                 gp1.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileAbsent)
980         })
981
982         if raceenabled {
983                 raceacquire(unsafe.Pointer(&labelSync))
984         }
985
986         if n != int(endOffset) {
987                 // It's a big surprise that the number of goroutines changed while we
988                 // were collecting the profile. But probably better to return a
989                 // truncated profile than to crash the whole process.
990                 //
991                 // For instance, needm moves a goroutine out of the _Gdead state and so
992                 // might be able to change the goroutine count without interacting with
993                 // the scheduler. For code like that, the race windows are small and the
994                 // combination of features is uncommon, so it's hard to be (and remain)
995                 // sure we've caught them all.
996         }
997
998         semrelease(&goroutineProfile.sema)
999         return n, true
1000 }
1001
1002 // tryRecordGoroutineProfileWB asserts that write barriers are allowed and calls
1003 // tryRecordGoroutineProfile.
1004 //
1005 //go:yeswritebarrierrec
1006 func tryRecordGoroutineProfileWB(gp1 *g) {
1007         if getg().m.p.ptr() == nil {
1008                 throw("no P available, write barriers are forbidden")
1009         }
1010         tryRecordGoroutineProfile(gp1, osyield)
1011 }
1012
1013 // tryRecordGoroutineProfile ensures that gp1 has the appropriate representation
1014 // in the current goroutine profile: either that it should not be profiled, or
1015 // that a snapshot of its call stack and labels are now in the profile.
1016 func tryRecordGoroutineProfile(gp1 *g, yield func()) {
1017         if readgstatus(gp1) == _Gdead {
1018                 // Dead goroutines should not appear in the profile. Goroutines that
1019                 // start while profile collection is active will get goroutineProfiled
1020                 // set to goroutineProfileSatisfied before transitioning out of _Gdead,
1021                 // so here we check _Gdead first.
1022                 return
1023         }
1024         if isSystemGoroutine(gp1, true) {
1025                 // System goroutines should not appear in the profile. (The finalizer
1026                 // goroutine is marked as "already profiled".)
1027                 return
1028         }
1029
1030         for {
1031                 prev := gp1.goroutineProfiled.Load()
1032                 if prev == goroutineProfileSatisfied {
1033                         // This goroutine is already in the profile (or is new since the
1034                         // start of collection, so shouldn't appear in the profile).
1035                         break
1036                 }
1037                 if prev == goroutineProfileInProgress {
1038                         // Something else is adding gp1 to the goroutine profile right now.
1039                         // Give that a moment to finish.
1040                         yield()
1041                         continue
1042                 }
1043
1044                 // While we have gp1.goroutineProfiled set to
1045                 // goroutineProfileInProgress, gp1 may appear _Grunnable but will not
1046                 // actually be able to run. Disable preemption for ourselves, to make
1047                 // sure we finish profiling gp1 right away instead of leaving it stuck
1048                 // in this limbo.
1049                 mp := acquirem()
1050                 if gp1.goroutineProfiled.CompareAndSwap(goroutineProfileAbsent, goroutineProfileInProgress) {
1051                         doRecordGoroutineProfile(gp1)
1052                         gp1.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileSatisfied)
1053                 }
1054                 releasem(mp)
1055         }
1056 }
1057
1058 // doRecordGoroutineProfile writes gp1's call stack and labels to an in-progress
1059 // goroutine profile. Preemption is disabled.
1060 //
1061 // This may be called via tryRecordGoroutineProfile in two ways: by the
1062 // goroutine that is coordinating the goroutine profile (running on its own
1063 // stack), or from the scheduler in preparation to execute gp1 (running on the
1064 // system stack).
1065 func doRecordGoroutineProfile(gp1 *g) {
1066         if readgstatus(gp1) == _Grunning {
1067                 print("doRecordGoroutineProfile gp1=", gp1.goid, "\n")
1068                 throw("cannot read stack of running goroutine")
1069         }
1070
1071         offset := int(goroutineProfile.offset.Add(1)) - 1
1072
1073         if offset >= len(goroutineProfile.records) {
1074                 // Should be impossible, but better to return a truncated profile than
1075                 // to crash the entire process at this point. Instead, deal with it in
1076                 // goroutineProfileWithLabelsConcurrent where we have more context.
1077                 return
1078         }
1079
1080         // saveg calls gentraceback, which may call cgo traceback functions. When
1081         // called from the scheduler, this is on the system stack already so
1082         // traceback.go:cgoContextPCs will avoid calling back into the scheduler.
1083         //
1084         // When called from the goroutine coordinating the profile, we still have
1085         // set gp1.goroutineProfiled to goroutineProfileInProgress and so are still
1086         // preventing it from being truly _Grunnable. So we'll use the system stack
1087         // to avoid schedule delays.
1088         systemstack(func() { saveg(^uintptr(0), ^uintptr(0), gp1, &goroutineProfile.records[offset]) })
1089
1090         if goroutineProfile.labels != nil {
1091                 goroutineProfile.labels[offset] = gp1.labels
1092         }
1093 }
1094
1095 func goroutineProfileWithLabelsSync(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
1096         gp := getg()
1097
1098         isOK := func(gp1 *g) bool {
1099                 // Checking isSystemGoroutine here makes GoroutineProfile
1100                 // consistent with both NumGoroutine and Stack.
1101                 return gp1 != gp && readgstatus(gp1) != _Gdead && !isSystemGoroutine(gp1, false)
1102         }
1103
1104         stopTheWorld("profile")
1105
1106         // World is stopped, no locking required.
1107         n = 1
1108         forEachGRace(func(gp1 *g) {
1109                 if isOK(gp1) {
1110                         n++
1111                 }
1112         })
1113
1114         if n <= len(p) {
1115                 ok = true
1116                 r, lbl := p, labels
1117
1118                 // Save current goroutine.
1119                 sp := getcallersp()
1120                 pc := getcallerpc()
1121                 systemstack(func() {
1122                         saveg(pc, sp, gp, &r[0])
1123                 })
1124                 r = r[1:]
1125
1126                 // If we have a place to put our goroutine labelmap, insert it there.
1127                 if labels != nil {
1128                         lbl[0] = gp.labels
1129                         lbl = lbl[1:]
1130                 }
1131
1132                 // Save other goroutines.
1133                 forEachGRace(func(gp1 *g) {
1134                         if !isOK(gp1) {
1135                                 return
1136                         }
1137
1138                         if len(r) == 0 {
1139                                 // Should be impossible, but better to return a
1140                                 // truncated profile than to crash the entire process.
1141                                 return
1142                         }
1143                         // saveg calls gentraceback, which may call cgo traceback functions.
1144                         // The world is stopped, so it cannot use cgocall (which will be
1145                         // blocked at exitsyscall). Do it on the system stack so it won't
1146                         // call into the schedular (see traceback.go:cgoContextPCs).
1147                         systemstack(func() { saveg(^uintptr(0), ^uintptr(0), gp1, &r[0]) })
1148                         if labels != nil {
1149                                 lbl[0] = gp1.labels
1150                                 lbl = lbl[1:]
1151                         }
1152                         r = r[1:]
1153                 })
1154         }
1155
1156         if raceenabled {
1157                 raceacquire(unsafe.Pointer(&labelSync))
1158         }
1159
1160         startTheWorld()
1161         return n, ok
1162 }
1163
1164 // GoroutineProfile returns n, the number of records in the active goroutine stack profile.
1165 // If len(p) >= n, GoroutineProfile copies the profile into p and returns n, true.
1166 // If len(p) < n, GoroutineProfile does not change p and returns n, false.
1167 //
1168 // Most clients should use the runtime/pprof package instead
1169 // of calling GoroutineProfile directly.
1170 func GoroutineProfile(p []StackRecord) (n int, ok bool) {
1171
1172         return goroutineProfileWithLabels(p, nil)
1173 }
1174
1175 func saveg(pc, sp uintptr, gp *g, r *StackRecord) {
1176         n := gentraceback(pc, sp, 0, gp, 0, &r.Stack0[0], len(r.Stack0), nil, nil, 0)
1177         if n < len(r.Stack0) {
1178                 r.Stack0[n] = 0
1179         }
1180 }
1181
1182 // Stack formats a stack trace of the calling goroutine into buf
1183 // and returns the number of bytes written to buf.
1184 // If all is true, Stack formats stack traces of all other goroutines
1185 // into buf after the trace for the current goroutine.
1186 func Stack(buf []byte, all bool) int {
1187         if all {
1188                 stopTheWorld("stack trace")
1189         }
1190
1191         n := 0
1192         if len(buf) > 0 {
1193                 gp := getg()
1194                 sp := getcallersp()
1195                 pc := getcallerpc()
1196                 systemstack(func() {
1197                         g0 := getg()
1198                         // Force traceback=1 to override GOTRACEBACK setting,
1199                         // so that Stack's results are consistent.
1200                         // GOTRACEBACK is only about crash dumps.
1201                         g0.m.traceback = 1
1202                         g0.writebuf = buf[0:0:len(buf)]
1203                         goroutineheader(gp)
1204                         traceback(pc, sp, 0, gp)
1205                         if all {
1206                                 tracebackothers(gp)
1207                         }
1208                         g0.m.traceback = 0
1209                         n = len(g0.writebuf)
1210                         g0.writebuf = nil
1211                 })
1212         }
1213
1214         if all {
1215                 startTheWorld()
1216         }
1217         return n
1218 }
1219
1220 // Tracing of alloc/free/gc.
1221
1222 var tracelock mutex
1223
1224 func tracealloc(p unsafe.Pointer, size uintptr, typ *_type) {
1225         lock(&tracelock)
1226         gp := getg()
1227         gp.m.traceback = 2
1228         if typ == nil {
1229                 print("tracealloc(", p, ", ", hex(size), ")\n")
1230         } else {
1231                 print("tracealloc(", p, ", ", hex(size), ", ", typ.string(), ")\n")
1232         }
1233         if gp.m.curg == nil || gp == gp.m.curg {
1234                 goroutineheader(gp)
1235                 pc := getcallerpc()
1236                 sp := getcallersp()
1237                 systemstack(func() {
1238                         traceback(pc, sp, 0, gp)
1239                 })
1240         } else {
1241                 goroutineheader(gp.m.curg)
1242                 traceback(^uintptr(0), ^uintptr(0), 0, gp.m.curg)
1243         }
1244         print("\n")
1245         gp.m.traceback = 0
1246         unlock(&tracelock)
1247 }
1248
1249 func tracefree(p unsafe.Pointer, size uintptr) {
1250         lock(&tracelock)
1251         gp := getg()
1252         gp.m.traceback = 2
1253         print("tracefree(", p, ", ", hex(size), ")\n")
1254         goroutineheader(gp)
1255         pc := getcallerpc()
1256         sp := getcallersp()
1257         systemstack(func() {
1258                 traceback(pc, sp, 0, gp)
1259         })
1260         print("\n")
1261         gp.m.traceback = 0
1262         unlock(&tracelock)
1263 }
1264
1265 func tracegc() {
1266         lock(&tracelock)
1267         gp := getg()
1268         gp.m.traceback = 2
1269         print("tracegc()\n")
1270         // running on m->g0 stack; show all non-g0 goroutines
1271         tracebackothers(gp)
1272         print("end tracegc\n")
1273         print("\n")
1274         gp.m.traceback = 0
1275         unlock(&tracelock)
1276 }