]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mprof.go
runtime: add and use runtime/internal/sys.NotInHeap
[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         if which == blockProfile && cycles < rate {
514                 // Remove sampling bias, see discussion on http://golang.org/cl/299991.
515                 bp.count += float64(rate) / float64(cycles)
516                 bp.cycles += rate
517         } else {
518                 bp.count++
519                 bp.cycles += cycles
520         }
521         unlock(&profBlockLock)
522 }
523
524 var mutexprofilerate uint64 // fraction sampled
525
526 // SetMutexProfileFraction controls the fraction of mutex contention events
527 // that are reported in the mutex profile. On average 1/rate events are
528 // reported. The previous rate is returned.
529 //
530 // To turn off profiling entirely, pass rate 0.
531 // To just read the current rate, pass rate < 0.
532 // (For n>1 the details of sampling may change.)
533 func SetMutexProfileFraction(rate int) int {
534         if rate < 0 {
535                 return int(mutexprofilerate)
536         }
537         old := mutexprofilerate
538         atomic.Store64(&mutexprofilerate, uint64(rate))
539         return int(old)
540 }
541
542 //go:linkname mutexevent sync.event
543 func mutexevent(cycles int64, skip int) {
544         if cycles < 0 {
545                 cycles = 0
546         }
547         rate := int64(atomic.Load64(&mutexprofilerate))
548         // TODO(pjw): measure impact of always calling fastrand vs using something
549         // like malloc.go:nextSample()
550         if rate > 0 && int64(fastrand())%rate == 0 {
551                 saveblockevent(cycles, rate, skip+1, mutexProfile)
552         }
553 }
554
555 // Go interface to profile data.
556
557 // A StackRecord describes a single execution stack.
558 type StackRecord struct {
559         Stack0 [32]uintptr // stack trace for this record; ends at first 0 entry
560 }
561
562 // Stack returns the stack trace associated with the record,
563 // a prefix of r.Stack0.
564 func (r *StackRecord) Stack() []uintptr {
565         for i, v := range r.Stack0 {
566                 if v == 0 {
567                         return r.Stack0[0:i]
568                 }
569         }
570         return r.Stack0[0:]
571 }
572
573 // MemProfileRate controls the fraction of memory allocations
574 // that are recorded and reported in the memory profile.
575 // The profiler aims to sample an average of
576 // one allocation per MemProfileRate bytes allocated.
577 //
578 // To include every allocated block in the profile, set MemProfileRate to 1.
579 // To turn off profiling entirely, set MemProfileRate to 0.
580 //
581 // The tools that process the memory profiles assume that the
582 // profile rate is constant across the lifetime of the program
583 // and equal to the current value. Programs that change the
584 // memory profiling rate should do so just once, as early as
585 // possible in the execution of the program (for example,
586 // at the beginning of main).
587 var MemProfileRate int = defaultMemProfileRate(512 * 1024)
588
589 // defaultMemProfileRate returns 0 if disableMemoryProfiling is set.
590 // It exists primarily for the godoc rendering of MemProfileRate
591 // above.
592 func defaultMemProfileRate(v int) int {
593         if disableMemoryProfiling {
594                 return 0
595         }
596         return v
597 }
598
599 // disableMemoryProfiling is set by the linker if runtime.MemProfile
600 // is not used and the link type guarantees nobody else could use it
601 // elsewhere.
602 var disableMemoryProfiling bool
603
604 // A MemProfileRecord describes the live objects allocated
605 // by a particular call sequence (stack trace).
606 type MemProfileRecord struct {
607         AllocBytes, FreeBytes     int64       // number of bytes allocated, freed
608         AllocObjects, FreeObjects int64       // number of objects allocated, freed
609         Stack0                    [32]uintptr // stack trace for this record; ends at first 0 entry
610 }
611
612 // InUseBytes returns the number of bytes in use (AllocBytes - FreeBytes).
613 func (r *MemProfileRecord) InUseBytes() int64 { return r.AllocBytes - r.FreeBytes }
614
615 // InUseObjects returns the number of objects in use (AllocObjects - FreeObjects).
616 func (r *MemProfileRecord) InUseObjects() int64 {
617         return r.AllocObjects - r.FreeObjects
618 }
619
620 // Stack returns the stack trace associated with the record,
621 // a prefix of r.Stack0.
622 func (r *MemProfileRecord) Stack() []uintptr {
623         for i, v := range r.Stack0 {
624                 if v == 0 {
625                         return r.Stack0[0:i]
626                 }
627         }
628         return r.Stack0[0:]
629 }
630
631 // MemProfile returns a profile of memory allocated and freed per allocation
632 // site.
633 //
634 // MemProfile returns n, the number of records in the current memory profile.
635 // If len(p) >= n, MemProfile copies the profile into p and returns n, true.
636 // If len(p) < n, MemProfile does not change p and returns n, false.
637 //
638 // If inuseZero is true, the profile includes allocation records
639 // where r.AllocBytes > 0 but r.AllocBytes == r.FreeBytes.
640 // These are sites where memory was allocated, but it has all
641 // been released back to the runtime.
642 //
643 // The returned profile may be up to two garbage collection cycles old.
644 // This is to avoid skewing the profile toward allocations; because
645 // allocations happen in real time but frees are delayed until the garbage
646 // collector performs sweeping, the profile only accounts for allocations
647 // that have had a chance to be freed by the garbage collector.
648 //
649 // Most clients should use the runtime/pprof package or
650 // the testing package's -test.memprofile flag instead
651 // of calling MemProfile directly.
652 func MemProfile(p []MemProfileRecord, inuseZero bool) (n int, ok bool) {
653         cycle := mProfCycle.read()
654         // If we're between mProf_NextCycle and mProf_Flush, take care
655         // of flushing to the active profile so we only have to look
656         // at the active profile below.
657         index := cycle % uint32(len(memRecord{}.future))
658         lock(&profMemActiveLock)
659         lock(&profMemFutureLock[index])
660         mProf_FlushLocked(index)
661         unlock(&profMemFutureLock[index])
662         clear := true
663         head := (*bucket)(mbuckets.Load())
664         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
665                 mp := b.mp()
666                 if inuseZero || mp.active.alloc_bytes != mp.active.free_bytes {
667                         n++
668                 }
669                 if mp.active.allocs != 0 || mp.active.frees != 0 {
670                         clear = false
671                 }
672         }
673         if clear {
674                 // Absolutely no data, suggesting that a garbage collection
675                 // has not yet happened. In order to allow profiling when
676                 // garbage collection is disabled from the beginning of execution,
677                 // accumulate all of the cycles, and recount buckets.
678                 n = 0
679                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
680                         mp := b.mp()
681                         for c := range mp.future {
682                                 lock(&profMemFutureLock[c])
683                                 mp.active.add(&mp.future[c])
684                                 mp.future[c] = memRecordCycle{}
685                                 unlock(&profMemFutureLock[c])
686                         }
687                         if inuseZero || mp.active.alloc_bytes != mp.active.free_bytes {
688                                 n++
689                         }
690                 }
691         }
692         if n <= len(p) {
693                 ok = true
694                 idx := 0
695                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
696                         mp := b.mp()
697                         if inuseZero || mp.active.alloc_bytes != mp.active.free_bytes {
698                                 record(&p[idx], b)
699                                 idx++
700                         }
701                 }
702         }
703         unlock(&profMemActiveLock)
704         return
705 }
706
707 // Write b's data to r.
708 func record(r *MemProfileRecord, b *bucket) {
709         mp := b.mp()
710         r.AllocBytes = int64(mp.active.alloc_bytes)
711         r.FreeBytes = int64(mp.active.free_bytes)
712         r.AllocObjects = int64(mp.active.allocs)
713         r.FreeObjects = int64(mp.active.frees)
714         if raceenabled {
715                 racewriterangepc(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0), getcallerpc(), abi.FuncPCABIInternal(MemProfile))
716         }
717         if msanenabled {
718                 msanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
719         }
720         if asanenabled {
721                 asanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
722         }
723         copy(r.Stack0[:], b.stk())
724         for i := int(b.nstk); i < len(r.Stack0); i++ {
725                 r.Stack0[i] = 0
726         }
727 }
728
729 func iterate_memprof(fn func(*bucket, uintptr, *uintptr, uintptr, uintptr, uintptr)) {
730         lock(&profMemActiveLock)
731         head := (*bucket)(mbuckets.Load())
732         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
733                 mp := b.mp()
734                 fn(b, b.nstk, &b.stk()[0], b.size, mp.active.allocs, mp.active.frees)
735         }
736         unlock(&profMemActiveLock)
737 }
738
739 // BlockProfileRecord describes blocking events originated
740 // at a particular call sequence (stack trace).
741 type BlockProfileRecord struct {
742         Count  int64
743         Cycles int64
744         StackRecord
745 }
746
747 // BlockProfile returns n, the number of records in the current blocking profile.
748 // If len(p) >= n, BlockProfile copies the profile into p and returns n, true.
749 // If len(p) < n, BlockProfile does not change p and returns n, false.
750 //
751 // Most clients should use the runtime/pprof package or
752 // the testing package's -test.blockprofile flag instead
753 // of calling BlockProfile directly.
754 func BlockProfile(p []BlockProfileRecord) (n int, ok bool) {
755         lock(&profBlockLock)
756         head := (*bucket)(bbuckets.Load())
757         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
758                 n++
759         }
760         if n <= len(p) {
761                 ok = true
762                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
763                         bp := b.bp()
764                         r := &p[0]
765                         r.Count = int64(bp.count)
766                         // Prevent callers from having to worry about division by zero errors.
767                         // See discussion on http://golang.org/cl/299991.
768                         if r.Count == 0 {
769                                 r.Count = 1
770                         }
771                         r.Cycles = bp.cycles
772                         if raceenabled {
773                                 racewriterangepc(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0), getcallerpc(), abi.FuncPCABIInternal(BlockProfile))
774                         }
775                         if msanenabled {
776                                 msanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
777                         }
778                         if asanenabled {
779                                 asanwrite(unsafe.Pointer(&r.Stack0[0]), unsafe.Sizeof(r.Stack0))
780                         }
781                         i := copy(r.Stack0[:], b.stk())
782                         for ; i < len(r.Stack0); i++ {
783                                 r.Stack0[i] = 0
784                         }
785                         p = p[1:]
786                 }
787         }
788         unlock(&profBlockLock)
789         return
790 }
791
792 // MutexProfile returns n, the number of records in the current mutex profile.
793 // If len(p) >= n, MutexProfile copies the profile into p and returns n, true.
794 // Otherwise, MutexProfile does not change p, and returns n, false.
795 //
796 // Most clients should use the runtime/pprof package
797 // instead of calling MutexProfile directly.
798 func MutexProfile(p []BlockProfileRecord) (n int, ok bool) {
799         lock(&profBlockLock)
800         head := (*bucket)(xbuckets.Load())
801         for b := head; b != nil; b = b.allnext {
802                 n++
803         }
804         if n <= len(p) {
805                 ok = true
806                 for b := head; b != nil; b = b.allnext {
807                         bp := b.bp()
808                         r := &p[0]
809                         r.Count = int64(bp.count)
810                         r.Cycles = bp.cycles
811                         i := copy(r.Stack0[:], b.stk())
812                         for ; i < len(r.Stack0); i++ {
813                                 r.Stack0[i] = 0
814                         }
815                         p = p[1:]
816                 }
817         }
818         unlock(&profBlockLock)
819         return
820 }
821
822 // ThreadCreateProfile returns n, the number of records in the thread creation profile.
823 // If len(p) >= n, ThreadCreateProfile copies the profile into p and returns n, true.
824 // If len(p) < n, ThreadCreateProfile does not change p and returns n, false.
825 //
826 // Most clients should use the runtime/pprof package instead
827 // of calling ThreadCreateProfile directly.
828 func ThreadCreateProfile(p []StackRecord) (n int, ok bool) {
829         first := (*m)(atomic.Loadp(unsafe.Pointer(&allm)))
830         for mp := first; mp != nil; mp = mp.alllink {
831                 n++
832         }
833         if n <= len(p) {
834                 ok = true
835                 i := 0
836                 for mp := first; mp != nil; mp = mp.alllink {
837                         p[i].Stack0 = mp.createstack
838                         i++
839                 }
840         }
841         return
842 }
843
844 //go:linkname runtime_goroutineProfileWithLabels runtime/pprof.runtime_goroutineProfileWithLabels
845 func runtime_goroutineProfileWithLabels(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
846         return goroutineProfileWithLabels(p, labels)
847 }
848
849 const go119ConcurrentGoroutineProfile = true
850
851 // labels may be nil. If labels is non-nil, it must have the same length as p.
852 func goroutineProfileWithLabels(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
853         if labels != nil && len(labels) != len(p) {
854                 labels = nil
855         }
856
857         if go119ConcurrentGoroutineProfile {
858                 return goroutineProfileWithLabelsConcurrent(p, labels)
859         }
860         return goroutineProfileWithLabelsSync(p, labels)
861 }
862
863 var goroutineProfile = struct {
864         sema    uint32
865         active  bool
866         offset  atomic.Int64
867         records []StackRecord
868         labels  []unsafe.Pointer
869 }{
870         sema: 1,
871 }
872
873 // goroutineProfileState indicates the status of a goroutine's stack for the
874 // current in-progress goroutine profile. Goroutines' stacks are initially
875 // "Absent" from the profile, and end up "Satisfied" by the time the profile is
876 // complete. While a goroutine's stack is being captured, its
877 // goroutineProfileState will be "InProgress" and it will not be able to run
878 // until the capture completes and the state moves to "Satisfied".
879 //
880 // Some goroutines (the finalizer goroutine, which at various times can be
881 // either a "system" or a "user" goroutine, and the goroutine that is
882 // coordinating the profile, any goroutines created during the profile) move
883 // directly to the "Satisfied" state.
884 type goroutineProfileState uint32
885
886 const (
887         goroutineProfileAbsent goroutineProfileState = iota
888         goroutineProfileInProgress
889         goroutineProfileSatisfied
890 )
891
892 type goroutineProfileStateHolder atomic.Uint32
893
894 func (p *goroutineProfileStateHolder) Load() goroutineProfileState {
895         return goroutineProfileState((*atomic.Uint32)(p).Load())
896 }
897
898 func (p *goroutineProfileStateHolder) Store(value goroutineProfileState) {
899         (*atomic.Uint32)(p).Store(uint32(value))
900 }
901
902 func (p *goroutineProfileStateHolder) CompareAndSwap(old, new goroutineProfileState) bool {
903         return (*atomic.Uint32)(p).CompareAndSwap(uint32(old), uint32(new))
904 }
905
906 func goroutineProfileWithLabelsConcurrent(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
907         semacquire(&goroutineProfile.sema)
908
909         ourg := getg()
910
911         stopTheWorld("profile")
912         // Using gcount while the world is stopped should give us a consistent view
913         // of the number of live goroutines, minus the number of goroutines that are
914         // alive and permanently marked as "system". But to make this count agree
915         // with what we'd get from isSystemGoroutine, we need special handling for
916         // goroutines that can vary between user and system to ensure that the count
917         // doesn't change during the collection. So, check the finalizer goroutine
918         // in particular.
919         n = int(gcount())
920         if fingRunning {
921                 n++
922         }
923
924         if n > len(p) {
925                 // There's not enough space in p to store the whole profile, so (per the
926                 // contract of runtime.GoroutineProfile) we're not allowed to write to p
927                 // at all and must return n, false.
928                 startTheWorld()
929                 semrelease(&goroutineProfile.sema)
930                 return n, false
931         }
932
933         // Save current goroutine.
934         sp := getcallersp()
935         pc := getcallerpc()
936         systemstack(func() {
937                 saveg(pc, sp, ourg, &p[0])
938         })
939         ourg.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileSatisfied)
940         goroutineProfile.offset.Store(1)
941
942         // Prepare for all other goroutines to enter the profile. Aside from ourg,
943         // every goroutine struct in the allgs list has its goroutineProfiled field
944         // cleared. Any goroutine created from this point on (while
945         // goroutineProfile.active is set) will start with its goroutineProfiled
946         // field set to goroutineProfileSatisfied.
947         goroutineProfile.active = true
948         goroutineProfile.records = p
949         goroutineProfile.labels = labels
950         // The finalizer goroutine needs special handling because it can vary over
951         // time between being a user goroutine (eligible for this profile) and a
952         // system goroutine (to be excluded). Pick one before restarting the world.
953         if fing != nil {
954                 fing.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileSatisfied)
955                 if readgstatus(fing) != _Gdead && !isSystemGoroutine(fing, false) {
956                         doRecordGoroutineProfile(fing)
957                 }
958         }
959         startTheWorld()
960
961         // Visit each goroutine that existed as of the startTheWorld call above.
962         //
963         // New goroutines may not be in this list, but we didn't want to know about
964         // them anyway. If they do appear in this list (via reusing a dead goroutine
965         // struct, or racing to launch between the world restarting and us getting
966         // the list), they will already have their goroutineProfiled field set to
967         // goroutineProfileSatisfied before their state transitions out of _Gdead.
968         //
969         // Any goroutine that the scheduler tries to execute concurrently with this
970         // call will start by adding itself to the profile (before the act of
971         // executing can cause any changes in its stack).
972         forEachGRace(func(gp1 *g) {
973                 tryRecordGoroutineProfile(gp1, Gosched)
974         })
975
976         stopTheWorld("profile cleanup")
977         endOffset := goroutineProfile.offset.Swap(0)
978         goroutineProfile.active = false
979         goroutineProfile.records = nil
980         goroutineProfile.labels = nil
981         startTheWorld()
982
983         // Restore the invariant that every goroutine struct in allgs has its
984         // goroutineProfiled field cleared.
985         forEachGRace(func(gp1 *g) {
986                 gp1.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileAbsent)
987         })
988
989         if raceenabled {
990                 raceacquire(unsafe.Pointer(&labelSync))
991         }
992
993         if n != int(endOffset) {
994                 // It's a big surprise that the number of goroutines changed while we
995                 // were collecting the profile. But probably better to return a
996                 // truncated profile than to crash the whole process.
997                 //
998                 // For instance, needm moves a goroutine out of the _Gdead state and so
999                 // might be able to change the goroutine count without interacting with
1000                 // the scheduler. For code like that, the race windows are small and the
1001                 // combination of features is uncommon, so it's hard to be (and remain)
1002                 // sure we've caught them all.
1003         }
1004
1005         semrelease(&goroutineProfile.sema)
1006         return n, true
1007 }
1008
1009 // tryRecordGoroutineProfileWB asserts that write barriers are allowed and calls
1010 // tryRecordGoroutineProfile.
1011 //
1012 //go:yeswritebarrierrec
1013 func tryRecordGoroutineProfileWB(gp1 *g) {
1014         if getg().m.p.ptr() == nil {
1015                 throw("no P available, write barriers are forbidden")
1016         }
1017         tryRecordGoroutineProfile(gp1, osyield)
1018 }
1019
1020 // tryRecordGoroutineProfile ensures that gp1 has the appropriate representation
1021 // in the current goroutine profile: either that it should not be profiled, or
1022 // that a snapshot of its call stack and labels are now in the profile.
1023 func tryRecordGoroutineProfile(gp1 *g, yield func()) {
1024         if readgstatus(gp1) == _Gdead {
1025                 // Dead goroutines should not appear in the profile. Goroutines that
1026                 // start while profile collection is active will get goroutineProfiled
1027                 // set to goroutineProfileSatisfied before transitioning out of _Gdead,
1028                 // so here we check _Gdead first.
1029                 return
1030         }
1031         if isSystemGoroutine(gp1, true) {
1032                 // System goroutines should not appear in the profile. (The finalizer
1033                 // goroutine is marked as "already profiled".)
1034                 return
1035         }
1036
1037         for {
1038                 prev := gp1.goroutineProfiled.Load()
1039                 if prev == goroutineProfileSatisfied {
1040                         // This goroutine is already in the profile (or is new since the
1041                         // start of collection, so shouldn't appear in the profile).
1042                         break
1043                 }
1044                 if prev == goroutineProfileInProgress {
1045                         // Something else is adding gp1 to the goroutine profile right now.
1046                         // Give that a moment to finish.
1047                         yield()
1048                         continue
1049                 }
1050
1051                 // While we have gp1.goroutineProfiled set to
1052                 // goroutineProfileInProgress, gp1 may appear _Grunnable but will not
1053                 // actually be able to run. Disable preemption for ourselves, to make
1054                 // sure we finish profiling gp1 right away instead of leaving it stuck
1055                 // in this limbo.
1056                 mp := acquirem()
1057                 if gp1.goroutineProfiled.CompareAndSwap(goroutineProfileAbsent, goroutineProfileInProgress) {
1058                         doRecordGoroutineProfile(gp1)
1059                         gp1.goroutineProfiled.Store(goroutineProfileSatisfied)
1060                 }
1061                 releasem(mp)
1062         }
1063 }
1064
1065 // doRecordGoroutineProfile writes gp1's call stack and labels to an in-progress
1066 // goroutine profile. Preemption is disabled.
1067 //
1068 // This may be called via tryRecordGoroutineProfile in two ways: by the
1069 // goroutine that is coordinating the goroutine profile (running on its own
1070 // stack), or from the scheduler in preparation to execute gp1 (running on the
1071 // system stack).
1072 func doRecordGoroutineProfile(gp1 *g) {
1073         if readgstatus(gp1) == _Grunning {
1074                 print("doRecordGoroutineProfile gp1=", gp1.goid, "\n")
1075                 throw("cannot read stack of running goroutine")
1076         }
1077
1078         offset := int(goroutineProfile.offset.Add(1)) - 1
1079
1080         if offset >= len(goroutineProfile.records) {
1081                 // Should be impossible, but better to return a truncated profile than
1082                 // to crash the entire process at this point. Instead, deal with it in
1083                 // goroutineProfileWithLabelsConcurrent where we have more context.
1084                 return
1085         }
1086
1087         // saveg calls gentraceback, which may call cgo traceback functions. When
1088         // called from the scheduler, this is on the system stack already so
1089         // traceback.go:cgoContextPCs will avoid calling back into the scheduler.
1090         //
1091         // When called from the goroutine coordinating the profile, we still have
1092         // set gp1.goroutineProfiled to goroutineProfileInProgress and so are still
1093         // preventing it from being truly _Grunnable. So we'll use the system stack
1094         // to avoid schedule delays.
1095         systemstack(func() { saveg(^uintptr(0), ^uintptr(0), gp1, &goroutineProfile.records[offset]) })
1096
1097         if goroutineProfile.labels != nil {
1098                 goroutineProfile.labels[offset] = gp1.labels
1099         }
1100 }
1101
1102 func goroutineProfileWithLabelsSync(p []StackRecord, labels []unsafe.Pointer) (n int, ok bool) {
1103         gp := getg()
1104
1105         isOK := func(gp1 *g) bool {
1106                 // Checking isSystemGoroutine here makes GoroutineProfile
1107                 // consistent with both NumGoroutine and Stack.
1108                 return gp1 != gp && readgstatus(gp1) != _Gdead && !isSystemGoroutine(gp1, false)
1109         }
1110
1111         stopTheWorld("profile")
1112
1113         // World is stopped, no locking required.
1114         n = 1
1115         forEachGRace(func(gp1 *g) {
1116                 if isOK(gp1) {
1117                         n++
1118                 }
1119         })
1120
1121         if n <= len(p) {
1122                 ok = true
1123                 r, lbl := p, labels
1124
1125                 // Save current goroutine.
1126                 sp := getcallersp()
1127                 pc := getcallerpc()
1128                 systemstack(func() {
1129                         saveg(pc, sp, gp, &r[0])
1130                 })
1131                 r = r[1:]
1132
1133                 // If we have a place to put our goroutine labelmap, insert it there.
1134                 if labels != nil {
1135                         lbl[0] = gp.labels
1136                         lbl = lbl[1:]
1137                 }
1138
1139                 // Save other goroutines.
1140                 forEachGRace(func(gp1 *g) {
1141                         if !isOK(gp1) {
1142                                 return
1143                         }
1144
1145                         if len(r) == 0 {
1146                                 // Should be impossible, but better to return a
1147                                 // truncated profile than to crash the entire process.
1148                                 return
1149                         }
1150                         // saveg calls gentraceback, which may call cgo traceback functions.
1151                         // The world is stopped, so it cannot use cgocall (which will be
1152                         // blocked at exitsyscall). Do it on the system stack so it won't
1153                         // call into the schedular (see traceback.go:cgoContextPCs).
1154                         systemstack(func() { saveg(^uintptr(0), ^uintptr(0), gp1, &r[0]) })
1155                         if labels != nil {
1156                                 lbl[0] = gp1.labels
1157                                 lbl = lbl[1:]
1158                         }
1159                         r = r[1:]
1160                 })
1161         }
1162
1163         if raceenabled {
1164                 raceacquire(unsafe.Pointer(&labelSync))
1165         }
1166
1167         startTheWorld()
1168         return n, ok
1169 }
1170
1171 // GoroutineProfile returns n, the number of records in the active goroutine stack profile.
1172 // If len(p) >= n, GoroutineProfile copies the profile into p and returns n, true.
1173 // If len(p) < n, GoroutineProfile does not change p and returns n, false.
1174 //
1175 // Most clients should use the runtime/pprof package instead
1176 // of calling GoroutineProfile directly.
1177 func GoroutineProfile(p []StackRecord) (n int, ok bool) {
1178
1179         return goroutineProfileWithLabels(p, nil)
1180 }
1181
1182 func saveg(pc, sp uintptr, gp *g, r *StackRecord) {
1183         n := gentraceback(pc, sp, 0, gp, 0, &r.Stack0[0], len(r.Stack0), nil, nil, 0)
1184         if n < len(r.Stack0) {
1185                 r.Stack0[n] = 0
1186         }
1187 }
1188
1189 // Stack formats a stack trace of the calling goroutine into buf
1190 // and returns the number of bytes written to buf.
1191 // If all is true, Stack formats stack traces of all other goroutines
1192 // into buf after the trace for the current goroutine.
1193 func Stack(buf []byte, all bool) int {
1194         if all {
1195                 stopTheWorld("stack trace")
1196         }
1197
1198         n := 0
1199         if len(buf) > 0 {
1200                 gp := getg()
1201                 sp := getcallersp()
1202                 pc := getcallerpc()
1203                 systemstack(func() {
1204                         g0 := getg()
1205                         // Force traceback=1 to override GOTRACEBACK setting,
1206                         // so that Stack's results are consistent.
1207                         // GOTRACEBACK is only about crash dumps.
1208                         g0.m.traceback = 1
1209                         g0.writebuf = buf[0:0:len(buf)]
1210                         goroutineheader(gp)
1211                         traceback(pc, sp, 0, gp)
1212                         if all {
1213                                 tracebackothers(gp)
1214                         }
1215                         g0.m.traceback = 0
1216                         n = len(g0.writebuf)
1217                         g0.writebuf = nil
1218                 })
1219         }
1220
1221         if all {
1222                 startTheWorld()
1223         }
1224         return n
1225 }
1226
1227 // Tracing of alloc/free/gc.
1228
1229 var tracelock mutex
1230
1231 func tracealloc(p unsafe.Pointer, size uintptr, typ *_type) {
1232         lock(&tracelock)
1233         gp := getg()
1234         gp.m.traceback = 2
1235         if typ == nil {
1236                 print("tracealloc(", p, ", ", hex(size), ")\n")
1237         } else {
1238                 print("tracealloc(", p, ", ", hex(size), ", ", typ.string(), ")\n")
1239         }
1240         if gp.m.curg == nil || gp == gp.m.curg {
1241                 goroutineheader(gp)
1242                 pc := getcallerpc()
1243                 sp := getcallersp()
1244                 systemstack(func() {
1245                         traceback(pc, sp, 0, gp)
1246                 })
1247         } else {
1248                 goroutineheader(gp.m.curg)
1249                 traceback(^uintptr(0), ^uintptr(0), 0, gp.m.curg)
1250         }
1251         print("\n")
1252         gp.m.traceback = 0
1253         unlock(&tracelock)
1254 }
1255
1256 func tracefree(p unsafe.Pointer, size uintptr) {
1257         lock(&tracelock)
1258         gp := getg()
1259         gp.m.traceback = 2
1260         print("tracefree(", p, ", ", hex(size), ")\n")
1261         goroutineheader(gp)
1262         pc := getcallerpc()
1263         sp := getcallersp()
1264         systemstack(func() {
1265                 traceback(pc, sp, 0, gp)
1266         })
1267         print("\n")
1268         gp.m.traceback = 0
1269         unlock(&tracelock)
1270 }
1271
1272 func tracegc() {
1273         lock(&tracelock)
1274         gp := getg()
1275         gp.m.traceback = 2
1276         print("tracegc()\n")
1277         // running on m->g0 stack; show all non-g0 goroutines
1278         tracebackothers(gp)
1279         print("end tracegc\n")
1280         print("\n")
1281         gp.m.traceback = 0
1282         unlock(&tracelock)
1283 }