mono/utils/mono-mmap.c

   1 /**
   2  * \file
   3  * Support for mapping code into the process address space
   4  *
   5  * Author:
   6  *   Mono Team (mono-list@lists.ximian.com)
   7  *
   8  * Copyright 2001-2008 Novell, Inc.
   9  * Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.
  10  */
  11
  12 #include <config.h>
  13
  14 #ifndef HOST_WIN32
  15 #include <sys/types.h>
  16 #if HAVE_SYS_STAT_H
  17 #include <sys/stat.h>
  18 #endif
  19 #if HAVE_SYS_MMAN_H
  20 #include <sys/mman.h>
  21 #endif
  22 #ifdef HAVE_SIGNAL_H
  23 #include <signal.h>
  24 #endif
  25 #include <fcntl.h>
  26 #include <string.h>
  27 #include <unistd.h>
  28 #include <stdlib.h>
  29 #include <errno.h>
  30 #endif /* !HOST_WIN32 */
  31
  32 #include "mono-mmap.h"
  33 #include "mono-mmap-internals.h"
  34 #include "mono-proclib.h"
  35 #include <mono/utils/mono-threads.h>
  36 #include <mono/utils/atomic.h>
  37 #include <mono/utils/mono-counters.h>
  38
  39 #define BEGIN_CRITICAL_SECTION do { \
  40         MonoThreadInfo *__info = mono_thread_info_current_unchecked (); \
  41         if (__info) __info->inside_critical_region = TRUE;      \
  42
  43 #define END_CRITICAL_SECTION \
  44         if (__info) __info->inside_critical_region = FALSE;     \
  45 } while (0)     \
  46
  47 #ifndef MAP_ANONYMOUS
  48 #define MAP_ANONYMOUS MAP_ANON
  49 #endif
  50
  51 #ifndef MAP_32BIT
  52 #define MAP_32BIT 0
  53 #endif
  54
  55 typedef struct {
  56         int size;
  57         int pid;
  58         int reserved;
  59         short stats_start;
  60         short stats_end;
  61 } SAreaHeader;
  62
  63 void*
  64 malloc_shared_area (int pid)
  65 {
  66         int size = mono_pagesize ();
  67         SAreaHeader *sarea = (SAreaHeader *) g_malloc0 (size);
  68         sarea->size = size;
  69         sarea->pid = pid;
  70         sarea->stats_start = sizeof (SAreaHeader);
  71         sarea->stats_end = sizeof (SAreaHeader);
  72
  73         return sarea;
  74 }
  75
  76 char*
  77 aligned_address (char *mem, size_t size, size_t alignment)
  78 {
  79         char *aligned = (char*)((size_t)(mem + (alignment - 1)) & ~(alignment - 1));
  80         g_assert (aligned >= mem && aligned + size <= mem + size + alignment && !((size_t)aligned & (alignment - 1)));
  81         return aligned;
  82 }
  83
  84 static size_t allocation_count [MONO_MEM_ACCOUNT_MAX];
  85 static size_t total_allocation_count;
  86 static size_t alloc_limit;
  87
  88 void
  89 account_mem (MonoMemAccountType type, ssize_t size)
  90 {
  91         InterlockedAddP (&allocation_count [type], size);
  92         InterlockedAddP (&total_allocation_count, size);
  93 }
  94
  95 void
  96 mono_valloc_set_limit (size_t size)
  97 {
  98         alloc_limit = size;
  99 }
 100
 101 gboolean
 102 mono_valloc_can_alloc (size_t size)
 103 {
 104         if (alloc_limit)
 105                 return (total_allocation_count + size) < alloc_limit;
 106         return TRUE;
 107 }
 108
 109 const char*
 110 mono_mem_account_type_name (MonoMemAccountType type)
 111 {
 112         static const char *names[] = {
 113                 "code",
 114                 "hazard pointers",
 115                 "domain",
 116                 "SGen internal",
 117                 "SGen nursery",
 118                 "SGen LOS",
 119                 "SGen mark&sweep",
 120                 "SGen card table",
 121                 "SGen shadow card table",
 122                 "SGen debugging",
 123                 "SGen binary protocol",
 124                 "exceptions",
 125                 "profiler",
 126                 "other"
 127         };
 128
 129         return names [type];
 130 }
 131
 132 void
 133 mono_mem_account_register_counters (void)
 134 {
 135         for (int i = 0; i < MONO_MEM_ACCOUNT_MAX; ++i) {
 136                 const char *prefix = "Valloc ";
 137                 const char *name = mono_mem_account_type_name (i);
 138                 char descr [128];
 139                 g_assert (strlen (prefix) + strlen (name) < sizeof (descr));
 140                 sprintf (descr, "%s%s", prefix, name);
 141                 mono_counters_register (descr, MONO_COUNTER_WORD | MONO_COUNTER_RUNTIME | MONO_COUNTER_BYTES | MONO_COUNTER_VARIABLE, (void*)&allocation_count [i]);
 142         }
 143 }
 144
 145 #ifdef HOST_WIN32
 146 // Windows specific implementation in mono-mmap-windows.c
 147 #define HAVE_VALLOC_ALIGNED
 148
 149 #else
 150
 151 static void* malloced_shared_area = NULL;
 152 #if defined(HAVE_MMAP)
 153
 154 /**
 155  * mono_pagesize:
 156  * Get the page size in use on the system. Addresses and sizes in the
 157  * mono_mmap(), mono_munmap() and mono_mprotect() calls must be pagesize
 158  * aligned.
 159  *
 160  * Returns: the page size in bytes.
 161  */
 162 int
 163 mono_pagesize (void)
 164 {
 165         static int saved_pagesize = 0;
 166         if (saved_pagesize)
 167                 return saved_pagesize;
 168         saved_pagesize = getpagesize ();
 169         return saved_pagesize;
 170 }
 171
 172 int
 173 mono_valloc_granule (void)
 174 {
 175         return mono_pagesize ();
 176 }
 177
 178 static int
 179 prot_from_flags (int flags)
 180 {
 181         int prot = PROT_NONE;
 182         /* translate the protection bits */
 183         if (flags & MONO_MMAP_READ)
 184                 prot |= PROT_READ;
 185         if (flags & MONO_MMAP_WRITE)
 186                 prot |= PROT_WRITE;
 187         if (flags & MONO_MMAP_EXEC)
 188                 prot |= PROT_EXEC;
 189         return prot;
 190 }
 191
 192 /**
 193  * mono_valloc:
 194  * \param addr memory address
 195  * \param length memory area size
 196  * \param flags protection flags
 197  * Allocates \p length bytes of virtual memory with the \p flags
 198  * protection. \p addr can be a preferred memory address or a
 199  * mandatory one if MONO_MMAP_FIXED is set in \p flags.
 200  * \p addr must be pagesize aligned and can be NULL.
 201  * \p length must be a multiple of pagesize.
 202  * \returns NULL on failure, the address of the memory area otherwise
 203  */
 204 void*
 205 mono_valloc (void *addr, size_t length, int flags, MonoMemAccountType type)
 206 {
 207         void *ptr;
 208         int mflags = 0;
 209         int prot = prot_from_flags (flags);
 210
 211         if (!mono_valloc_can_alloc (length))
 212                 return NULL;
 213
 214         /* translate the flags */
 215         if (flags & MONO_MMAP_FIXED)
 216                 mflags |= MAP_FIXED;
 217         if (flags & MONO_MMAP_32BIT)
 218                 mflags |= MAP_32BIT;
 219
 220         mflags |= MAP_ANONYMOUS;
 221         mflags |= MAP_PRIVATE;
 222
 223         BEGIN_CRITICAL_SECTION;
 224         ptr = mmap (addr, length, prot, mflags, -1, 0);
 225         if (ptr == MAP_FAILED) {
 226                 int fd = open ("/dev/zero", O_RDONLY);
 227                 if (fd != -1) {
 228                         ptr = mmap (addr, length, prot, mflags, fd, 0);
 229                         close (fd);
 230                 }
 231         }
 232         END_CRITICAL_SECTION;
 233
 234         if (ptr == MAP_FAILED)
 235                 return NULL;
 236
 237         account_mem (type, (ssize_t)length);
 238
 239         return ptr;
 240 }
 241
 242 /**
 243  * mono_vfree:
 244  * \param addr memory address returned by mono_valloc ()
 245  * \param length size of memory area
 246  * Remove the memory mapping at the address \p addr.
 247  * \returns \c 0 on success.
 248  */
 249 int
 250 mono_vfree (void *addr, size_t length, MonoMemAccountType type)
 251 {
 252         int res;
 253         BEGIN_CRITICAL_SECTION;
 254         res = munmap (addr, length);
 255         END_CRITICAL_SECTION;
 256
 257         account_mem (type, -(ssize_t)length);
 258
 259         return res;
 260 }
 261
 262 /**
 263  * mono_file_map:
 264  * \param length size of data to map
 265  * \param flags protection flags
 266  * \param fd file descriptor
 267  * \param offset offset in the file
 268  * \param ret_handle pointer to storage for returning a handle for the map
 269  * Map the area of the file pointed to by the file descriptor \p fd, at offset
 270  * \p offset and of size \p length in memory according to the protection flags
 271  * \p flags.
 272  * \p offset and \p length must be multiples of the page size.
 273  * \p ret_handle must point to a void*: this value must be used when unmapping
 274  * the memory area using \c mono_file_unmap().
 275  */
 276 void*
 277 mono_file_map (size_t length, int flags, int fd, guint64 offset, void **ret_handle)
 278 {
 279         void *ptr;
 280         int mflags = 0;
 281         int prot = prot_from_flags (flags);
 282         /* translate the flags */
 283         if (flags & MONO_MMAP_PRIVATE)
 284                 mflags |= MAP_PRIVATE;
 285         if (flags & MONO_MMAP_SHARED)
 286                 mflags |= MAP_SHARED;
 287         if (flags & MONO_MMAP_FIXED)
 288                 mflags |= MAP_FIXED;
 289         if (flags & MONO_MMAP_32BIT)
 290                 mflags |= MAP_32BIT;
 291
 292         BEGIN_CRITICAL_SECTION;
 293         ptr = mmap (0, length, prot, mflags, fd, offset);
 294         END_CRITICAL_SECTION;
 295         if (ptr == MAP_FAILED)
 296                 return NULL;
 297         *ret_handle = (void*)length;
 298         return ptr;
 299 }
 300
 301 /**
 302  * mono_file_unmap:
 303  * \param addr memory address returned by mono_file_map ()
 304  * \param handle handle of memory map
 305  * Remove the memory mapping at the address \p addr.
 306  * \p handle must be the value returned in ret_handle by \c mono_file_map().
 307  * \returns \c 0 on success.
 308  */
 309 int
 310 mono_file_unmap (void *addr, void *handle)
 311 {
 312         int res;
 313
 314         BEGIN_CRITICAL_SECTION;
 315         res = munmap (addr, (size_t)handle);
 316         END_CRITICAL_SECTION;
 317
 318         return res;
 319 }
 320
 321 /**
 322  * mono_mprotect:
 323  * \param addr memory address
 324  * \param length size of memory area
 325  * \param flags new protection flags
 326  * Change the protection for the memory area at \p addr for \p length bytes
 327  * to matche the supplied \p flags.
 328  * If \p flags includes MON_MMAP_DISCARD the pages are discarded from memory
 329  * and the area is cleared to zero.
 330  * \p addr must be aligned to the page size.
 331  * \p length must be a multiple of the page size.
 332  * \returns \c 0 on success.
 333  */
 334 int
 335 mono_mprotect (void *addr, size_t length, int flags)
 336 {
 337         int prot = prot_from_flags (flags);
 338
 339         if (flags & MONO_MMAP_DISCARD) {
 340                 /* on non-linux the pages are not guaranteed to be zeroed (*bsd, osx at least) */
 341 #ifdef __linux__
 342                 if (madvise (addr, length, MADV_DONTNEED))
 343                         memset (addr, 0, length);
 344 #else
 345                 memset (addr, 0, length);
 346 #ifdef HAVE_MADVISE
 347                 madvise (addr, length, MADV_DONTNEED);
 348                 madvise (addr, length, MADV_FREE);
 349 #else
 350                 posix_madvise (addr, length, POSIX_MADV_DONTNEED);
 351 #endif
 352 #endif
 353         }
 354         return mprotect (addr, length, prot);
 355 }
 356
 357 #else
 358
 359 /* dummy malloc-based implementation */
 360 int
 361 mono_pagesize (void)
 362 {
 363         return 4096;
 364 }
 365
 366 int
 367 mono_valloc_granule (void)
 368 {
 369         return mono_pagesize ();
 370 }
 371
 372 void*
 373 mono_valloc (void *addr, size_t length, int flags, MonoMemAccountType type)
 374 {
 375         return g_malloc (length);
 376 }
 377
 378 void*
 379 mono_valloc_aligned (size_t size, size_t alignment, int flags, MonoMemAccountType type)
 380 {
 381         g_assert_not_reached ();
 382 }
 383
 384 #define HAVE_VALLOC_ALIGNED
 385
 386 int
 387 mono_vfree (void *addr, size_t length, MonoMemAccountType type)
 388 {
 389         g_free (addr);
 390         return 0;
 391 }
 392
 393 int
 394 mono_mprotect (void *addr, size_t length, int flags)
 395 {
 396         if (flags & MONO_MMAP_DISCARD) {
 397                 memset (addr, 0, length);
 398         }
 399         return 0;
 400 }
 401
 402 #endif // HAVE_MMAP
 403
 404 #if defined(HAVE_SHM_OPEN) && !defined (DISABLE_SHARED_PERFCOUNTERS)
 405
 406 static int use_shared_area;
 407
 408 static gboolean
 409 shared_area_disabled (void)
 410 {
 411         if (!use_shared_area) {
 412                 if (g_hasenv ("MONO_DISABLE_SHARED_AREA"))
 413                         use_shared_area = -1;
 414                 else
 415                         use_shared_area = 1;
 416         }
 417         return use_shared_area == -1;
 418 }
 419
 420 static int
 421 mono_shared_area_instances_slow (void **array, int count, gboolean cleanup)
 422 {
 423         int i, j = 0;
 424         int num;
 425         void *data;
 426         gpointer *processes = mono_process_list (&num);
 427         for (i = 0; i < num; ++i) {
 428                 data = mono_shared_area_for_pid (processes [i]);
 429                 if (!data)
 430                         continue;
 431                 mono_shared_area_unload (data);
 432                 if (!cleanup) {
 433                         if (j < count)
 434                                 array [j++] = processes [i];
 435                         else
 436                                 break;
 437                 }
 438         }
 439         g_free (processes);
 440         return j;
 441 }
 442
 443 static int
 444 mono_shared_area_instances_helper (void **array, int count, gboolean cleanup)
 445 {
 446         const char *name;
 447         int i = 0;
 448         int curpid = getpid ();
 449         GDir *dir = g_dir_open ("/dev/shm/", 0, NULL);
 450         if (!dir)
 451                 return mono_shared_area_instances_slow (array, count, cleanup);
 452         while ((name = g_dir_read_name (dir))) {
 453                 int pid;
 454                 char *nend;
 455                 if (strncmp (name, "mono.", 5))
 456                         continue;
 457                 pid = strtol (name + 5, &nend, 10);
 458                 if (pid <= 0 || nend == name + 5 || *nend)
 459                         continue;
 460                 if (!cleanup) {
 461                         if (i < count)
 462                                 array [i++] = GINT_TO_POINTER (pid);
 463                         else
 464                                 break;
 465                 }
 466                 if (curpid != pid && kill (pid, 0) == -1 && (errno == ESRCH || errno == ENOMEM)) {
 467                         char buf [128];
 468                         g_snprintf (buf, sizeof (buf), "/mono.%d", pid);
 469                         shm_unlink (buf);
 470                 }
 471         }
 472         g_dir_close (dir);
 473         return i;
 474 }
 475
 476 void*
 477 mono_shared_area (void)
 478 {
 479         int fd;
 480         int pid = getpid ();
 481         /* we should allow the user to configure the size */
 482         int size = mono_pagesize ();
 483         char buf [128];
 484         void *res;
 485         SAreaHeader *header;
 486
 487         if (shared_area_disabled ()) {
 488                 if (!malloced_shared_area)
 489                         malloced_shared_area = malloc_shared_area (0);
 490                 /* get the pid here */
 491                 return malloced_shared_area;
 492         }
 493
 494         /* perform cleanup of segments left over from dead processes */
 495         mono_shared_area_instances_helper (NULL, 0, TRUE);
 496
 497         g_snprintf (buf, sizeof (buf), "/mono.%d", pid);
 498
 499         fd = shm_open (buf, O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP);
 500         if (fd == -1 && errno == EEXIST) {
 501                 /* leftover */
 502                 shm_unlink (buf);
 503                 fd = shm_open (buf, O_CREAT|O_EXCL|O_RDWR, S_IRUSR|S_IWUSR|S_IRGRP);
 504         }
 505         /* in case of failure we try to return a memory area anyway,
 506          * even if it means the data can't be read by other processes
 507          */
 508         if (fd == -1)
 509                 return malloc_shared_area (pid);
 510         if (ftruncate (fd, size) != 0) {
 511                 shm_unlink (buf);
 512                 close (fd);
 513         }
 514         BEGIN_CRITICAL_SECTION;
 515         res = mmap (NULL, size, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
 516         END_CRITICAL_SECTION;
 517
 518         if (res == MAP_FAILED) {
 519                 shm_unlink (buf);
 520                 close (fd);
 521                 return malloc_shared_area (pid);
 522         }
 523         /* we don't need the file descriptor anymore */
 524         close (fd);
 525         header = (SAreaHeader *) res;
 526         header->size = size;
 527         header->pid = pid;
 528         header->stats_start = sizeof (SAreaHeader);
 529         header->stats_end = sizeof (SAreaHeader);
 530
 531         mono_atexit (mono_shared_area_remove);
 532         return res;
 533 }
 534
 535 void
 536 mono_shared_area_remove (void)
 537 {
 538         char buf [128];
 539
 540         if (shared_area_disabled ()) {
 541                 if (malloced_shared_area)
 542                         g_free (malloced_shared_area);
 543                 return;
 544         }
 545
 546         g_snprintf (buf, sizeof (buf), "/mono.%d", getpid ());
 547         shm_unlink (buf);
 548         if (malloced_shared_area)
 549                 g_free (malloced_shared_area);
 550 }
 551
 552 void*
 553 mono_shared_area_for_pid (void *pid)
 554 {
 555         int fd;
 556         /* we should allow the user to configure the size */
 557         int size = mono_pagesize ();
 558         char buf [128];
 559         void *res;
 560
 561         if (shared_area_disabled ())
 562                 return NULL;
 563
 564         g_snprintf (buf, sizeof (buf), "/mono.%d", GPOINTER_TO_INT (pid));
 565
 566         fd = shm_open (buf, O_RDONLY, S_IRUSR|S_IRGRP);
 567         if (fd == -1)
 568                 return NULL;
 569         BEGIN_CRITICAL_SECTION;
 570         res = mmap (NULL, size, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, 0);
 571         END_CRITICAL_SECTION;
 572
 573         if (res == MAP_FAILED) {
 574                 close (fd);
 575                 return NULL;
 576         }
 577         /* FIXME: validate the area */
 578         /* we don't need the file descriptor anymore */
 579         close (fd);
 580         return res;
 581 }
 582
 583 void
 584 mono_shared_area_unload  (void *area)
 585 {
 586         /* FIXME: currently we load only a page */
 587         BEGIN_CRITICAL_SECTION;
 588         munmap (area, mono_pagesize ());
 589         END_CRITICAL_SECTION;
 590 }
 591
 592 int
 593 mono_shared_area_instances (void **array, int count)
 594 {
 595         return mono_shared_area_instances_helper (array, count, FALSE);
 596 }
 597 #else
 598 void*
 599 mono_shared_area (void)
 600 {
 601         if (!malloced_shared_area)
 602                 malloced_shared_area = malloc_shared_area (getpid ());
 603         /* get the pid here */
 604         return malloced_shared_area;
 605 }
 606
 607 void
 608 mono_shared_area_remove (void)
 609 {
 610         if (malloced_shared_area)
 611                 g_free (malloced_shared_area);
 612         malloced_shared_area = NULL;
 613 }
 614
 615 void*
 616 mono_shared_area_for_pid (void *pid)
 617 {
 618         return NULL;
 619 }
 620
 621 void
 622 mono_shared_area_unload (void *area)
 623 {
 624 }
 625
 626 int
 627 mono_shared_area_instances (void **array, int count)
 628 {
 629         return 0;
 630 }
 631
 632 #endif // HAVE_SHM_OPEN
 633
 634 #endif // HOST_WIN32
 635
 636 #ifndef HAVE_VALLOC_ALIGNED
 637 void*
 638 mono_valloc_aligned (size_t size, size_t alignment, int flags, MonoMemAccountType type)
 639 {
 640         /* Allocate twice the memory to be able to put the block on an aligned address */
 641         char *mem = (char *) mono_valloc (NULL, size + alignment, flags, type);
 642         char *aligned;
 643
 644         if (!mem)
 645                 return NULL;
 646
 647         aligned = aligned_address (mem, size, alignment);
 648
 649         if (aligned > mem)
 650                 mono_vfree (mem, aligned - mem, type);
 651         if (aligned + size < mem + size + alignment)
 652                 mono_vfree (aligned + size, (mem + size + alignment) - (aligned + size), type);
 653
 654         return aligned;
 655 }
 656 #endif
 657
 658 int
 659 mono_pages_not_faulted (void *addr, size_t size)
 660 {
 661 #ifdef HAVE_MINCORE
 662         int i;
 663         gint64 count;
 664         int pagesize = mono_pagesize ();
 665         int npages = (size + pagesize - 1) / pagesize;
 666         char *faulted = (char *) g_malloc0 (sizeof (char*) * npages);
 667
 668         /*
 669          * We cast `faulted` to void* because Linux wants an unsigned
 670          * char* while BSD wants a char*.
 671          */
 672 #ifdef __linux__
 673         if (mincore (addr, size, (unsigned char *)faulted) != 0) {
 674 #else
 675         if (mincore (addr, size, (char *)faulted) != 0) {
 676 #endif
 677                 count = -1;
 678         } else {
 679                 count = 0;
 680                 for (i = 0; i < npages; ++i) {
 681                         if (faulted [i] != 0)
 682                                 ++count;
 683                 }
 684         }
 685
 686         g_free (faulted);
 687
 688         return count;
 689 #else
 690         return -1;
 691 #endif
 692 }