OSDN Git Service

libgo: Export {enter,exit}syscall and use it for getaddrinfo.
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / libgo / runtime / cpuprof.c
1 // Copyright 2011 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 // CPU profiling.
6 // Based on algorithms and data structures used in
7 // http://code.google.com/p/google-perftools/.
8 //
9 // The main difference between this code and the google-perftools
10 // code is that this code is written to allow copying the profile data
11 // to an arbitrary io.Writer, while the google-perftools code always
12 // writes to an operating system file.
13 //
14 // The signal handler for the profiling clock tick adds a new stack trace
15 // to a hash table tracking counts for recent traces.  Most clock ticks
16 // hit in the cache.  In the event of a cache miss, an entry must be 
17 // evicted from the hash table, copied to a log that will eventually be
18 // written as profile data.  The google-perftools code flushed the
19 // log itself during the signal handler.  This code cannot do that, because
20 // the io.Writer might block or need system calls or locks that are not
21 // safe to use from within the signal handler.  Instead, we split the log
22 // into two halves and let the signal handler fill one half while a goroutine
23 // is writing out the other half.  When the signal handler fills its half, it
24 // offers to swap with the goroutine.  If the writer is not done with its half,
25 // we lose the stack trace for this clock tick (and record that loss).
26 // The goroutine interacts with the signal handler by calling getprofile() to
27 // get the next log piece to write, implicitly handing back the last log
28 // piece it obtained.
29 //
30 // The state of this dance between the signal handler and the goroutine
31 // is encoded in the Profile.handoff field.  If handoff == 0, then the goroutine
32 // is not using either log half and is waiting (or will soon be waiting) for
33 // a new piece by calling notesleep(&p->wait).  If the signal handler
34 // changes handoff from 0 to non-zero, it must call notewakeup(&p->wait)
35 // to wake the goroutine.  The value indicates the number of entries in the
36 // log half being handed off.  The goroutine leaves the non-zero value in
37 // place until it has finished processing the log half and then flips the number
38 // back to zero.  Setting the high bit in handoff means that the profiling is over, 
39 // and the goroutine is now in charge of flushing the data left in the hash table
40 // to the log and returning that data.  
41 //
42 // The handoff field is manipulated using atomic operations.
43 // For the most part, the manipulation of handoff is orderly: if handoff == 0
44 // then the signal handler owns it and can change it to non-zero.  
45 // If handoff != 0 then the goroutine owns it and can change it to zero.
46 // If that were the end of the story then we would not need to manipulate
47 // handoff using atomic operations.  The operations are needed, however,
48 // in order to let the log closer set the high bit to indicate "EOF" safely
49 // in the situation when normally the goroutine "owns" handoff.
50
51 #include "runtime.h"
52 #include "arch.h"
53 #include "malloc.h"
54
55 #include "array.h"
56 typedef struct __go_open_array Slice;
57 #define array __values
58 #define len __count
59 #define cap __capacity
60
61 enum
62 {
63         HashSize = 1<<10,
64         LogSize = 1<<17,
65         Assoc = 4,
66         MaxStack = 64,
67 };
68
69 typedef struct Profile Profile;
70 typedef struct Bucket Bucket;
71 typedef struct Entry Entry;
72
73 struct Entry {
74         uintptr count;
75         uintptr depth;
76         uintptr stack[MaxStack];
77 };
78
79 struct Bucket {
80         Entry entry[Assoc];
81 };
82
83 struct Profile {
84         bool on;                // profiling is on
85         Note wait;              // goroutine waits here
86         uintptr count;          // tick count
87         uintptr evicts;         // eviction count
88         uintptr lost;           // lost ticks that need to be logged
89         uintptr totallost;      // total lost ticks
90
91         // Active recent stack traces.
92         Bucket hash[HashSize];
93
94         // Log of traces evicted from hash.
95         // Signal handler has filled log[toggle][:nlog].
96         // Goroutine is writing log[1-toggle][:handoff].
97         uintptr log[2][LogSize/2];
98         uintptr nlog;
99         int32 toggle;
100         uint32 handoff;
101         
102         // Writer state.
103         // Writer maintains its own toggle to avoid races
104         // looking at signal handler's toggle.
105         uint32 wtoggle;
106         bool wholding;  // holding & need to release a log half
107         bool flushing;  // flushing hash table - profile is over
108 };
109
110 static Lock lk;
111 static Profile *prof;
112
113 static void tick(uintptr*, int32);
114 static void add(Profile*, uintptr*, int32);
115 static bool evict(Profile*, Entry*);
116 static bool flushlog(Profile*);
117
118 // LostProfileData is a no-op function used in profiles
119 // to mark the number of profiling stack traces that were
120 // discarded due to slow data writers.
121 static void LostProfileData(void) {
122 }
123
124 extern void runtime_SetCPUProfileRate(int32)
125      __asm__("libgo_runtime.runtime.SetCPUProfileRate");
126
127 // SetCPUProfileRate sets the CPU profiling rate.
128 // The user documentation is in debug.go.
129 void
130 runtime_SetCPUProfileRate(int32 hz)
131 {
132         uintptr *p;
133         uintptr n;
134
135         // Clamp hz to something reasonable.
136         if(hz < 0)
137                 hz = 0;
138         if(hz > 1000000)
139                 hz = 1000000;
140
141         runtime_lock(&lk);
142         if(hz > 0) {
143                 if(prof == nil) {
144                         prof = runtime_SysAlloc(sizeof *prof);
145                         if(prof == nil) {
146                                 runtime_printf("runtime: cpu profiling cannot allocate memory\n");
147                                 runtime_unlock(&lk);
148                                 return;
149                         }
150                 }
151                 if(prof->on || prof->handoff != 0) {
152                         runtime_printf("runtime: cannot set cpu profile rate until previous profile has finished.\n");
153                         runtime_unlock(&lk);
154                         return;
155                 }
156
157                 prof->on = true;
158                 p = prof->log[0];
159                 // pprof binary header format.
160                 // http://code.google.com/p/google-perftools/source/browse/trunk/src/profiledata.cc#117
161                 *p++ = 0;  // count for header
162                 *p++ = 3;  // depth for header
163                 *p++ = 0;  // version number
164                 *p++ = 1000000 / hz;  // period (microseconds)
165                 *p++ = 0;
166                 prof->nlog = p - prof->log[0];
167                 prof->toggle = 0;
168                 prof->wholding = false;
169                 prof->wtoggle = 0;
170                 prof->flushing = false;
171                 runtime_noteclear(&prof->wait);
172
173                 runtime_setcpuprofilerate(tick, hz);
174         } else if(prof->on) {
175                 runtime_setcpuprofilerate(nil, 0);
176                 prof->on = false;
177
178                 // Now add is not running anymore, and getprofile owns the entire log.
179                 // Set the high bit in prof->handoff to tell getprofile.
180                 for(;;) {
181                         n = prof->handoff;
182                         if(n&0x80000000)
183                                 runtime_printf("runtime: setcpuprofile(off) twice");
184                         if(runtime_cas(&prof->handoff, n, n|0x80000000))
185                                 break;
186                 }
187                 if(n == 0) {
188                         // we did the transition from 0 -> nonzero so we wake getprofile
189                         runtime_notewakeup(&prof->wait);
190                 }
191         }
192         runtime_unlock(&lk);
193 }
194
195 static void
196 tick(uintptr *pc, int32 n)
197 {
198         add(prof, pc, n);
199 }
200
201 // add adds the stack trace to the profile.
202 // It is called from signal handlers and other limited environments
203 // and cannot allocate memory or acquire locks that might be
204 // held at the time of the signal, nor can it use substantial amounts
205 // of stack.  It is allowed to call evict.
206 static void
207 add(Profile *p, uintptr *pc, int32 n)
208 {
209         int32 i, j;
210         uintptr h, x;
211         Bucket *b;
212         Entry *e;
213
214         if(n > MaxStack)
215                 n = MaxStack;
216         
217         // Compute hash.
218         h = 0;
219         for(i=0; i<n; i++) {
220                 h = h<<8 | (h>>(8*(sizeof(h)-1)));
221                 x = pc[i];
222                 h += x*31 + x*7 + x*3;
223         }
224         p->count++;
225
226         // Add to entry count if already present in table.
227         b = &p->hash[h%HashSize];
228         for(i=0; i<Assoc; i++) {
229                 e = &b->entry[i];
230                 if(e->depth != (uintptr)n)      
231                         continue;
232                 for(j=0; j<n; j++)
233                         if(e->stack[j] != pc[j])
234                                 goto ContinueAssoc;
235                 e->count++;
236                 return;
237         ContinueAssoc:;
238         }
239
240         // Evict entry with smallest count.
241         e = &b->entry[0];
242         for(i=1; i<Assoc; i++)
243                 if(b->entry[i].count < e->count)
244                         e = &b->entry[i];
245         if(e->count > 0) {
246                 if(!evict(p, e)) {
247                         // Could not evict entry.  Record lost stack.
248                         p->lost++;
249                         p->totallost++;
250                         return;
251                 }
252                 p->evicts++;
253         }
254         
255         // Reuse the newly evicted entry.
256         e->depth = n;
257         e->count = 1;
258         for(i=0; i<n; i++)
259                 e->stack[i] = pc[i];
260 }
261
262 // evict copies the given entry's data into the log, so that
263 // the entry can be reused.  evict is called from add, which
264 // is called from the profiling signal handler, so it must not
265 // allocate memory or block.  It is safe to call flushLog.
266 // evict returns true if the entry was copied to the log,
267 // false if there was no room available.
268 static bool
269 evict(Profile *p, Entry *e)
270 {
271         int32 i, d, nslot;
272         uintptr *log, *q;
273         
274         d = e->depth;
275         nslot = d+2;
276         log = p->log[p->toggle];
277         if(p->nlog+nslot > nelem(p->log[0])) {
278                 if(!flushlog(p))
279                         return false;
280                 log = p->log[p->toggle];
281         }
282         
283         q = log+p->nlog;
284         *q++ = e->count;
285         *q++ = d;
286         for(i=0; i<d; i++)
287                 *q++ = e->stack[i];
288         p->nlog = q - log;
289         e->count = 0;
290         return true;
291 }
292
293 // flushlog tries to flush the current log and switch to the other one.
294 // flushlog is called from evict, called from add, called from the signal handler,
295 // so it cannot allocate memory or block.  It can try to swap logs with
296 // the writing goroutine, as explained in the comment at the top of this file.
297 static bool
298 flushlog(Profile *p)
299 {
300         uintptr *log, *q;
301
302         if(!runtime_cas(&p->handoff, 0, p->nlog))
303                 return false;
304         runtime_notewakeup(&p->wait);
305
306         p->toggle = 1 - p->toggle;
307         log = p->log[p->toggle];
308         q = log;
309         if(p->lost > 0) {
310                 *q++ = p->lost;
311                 *q++ = 1;
312                 *q++ = (uintptr)LostProfileData;
313         }
314         p->nlog = q - log;
315         return true;
316 }
317
318 // getprofile blocks until the next block of profiling data is available
319 // and returns it as a []byte.  It is called from the writing goroutine.
320 Slice
321 getprofile(Profile *p)
322 {
323         uint32 i, j, n;
324         Slice ret;
325         Bucket *b;
326         Entry *e;
327
328         ret.array = nil;
329         ret.len = 0;
330         ret.cap = 0;
331         
332         if(p == nil)    
333                 return ret;
334
335         if(p->wholding) {
336                 // Release previous log to signal handling side.
337                 // Loop because we are racing against setprofile(off).
338                 for(;;) {
339                         n = p->handoff;
340                         if(n == 0) {
341                                 runtime_printf("runtime: phase error during cpu profile handoff\n");
342                                 return ret;
343                         }
344                         if(n & 0x80000000) {
345                                 p->wtoggle = 1 - p->wtoggle;
346                                 p->wholding = false;
347                                 p->flushing = true;
348                                 goto flush;
349                         }
350                         if(runtime_cas(&p->handoff, n, 0))
351                                 break;
352                 }
353                 p->wtoggle = 1 - p->wtoggle;
354                 p->wholding = false;
355         }
356         
357         if(p->flushing)
358                 goto flush;
359         
360         if(!p->on && p->handoff == 0)
361                 return ret;
362
363         // Wait for new log.
364         runtime_entersyscall();
365         runtime_notesleep(&p->wait);
366         runtime_exitsyscall();
367         runtime_noteclear(&p->wait);
368
369         n = p->handoff;
370         if(n == 0) {
371                 runtime_printf("runtime: phase error during cpu profile wait\n");
372                 return ret;
373         }
374         if(n == 0x80000000) {
375                 p->flushing = true;
376                 goto flush;
377         }
378         n &= ~0x80000000;
379
380         // Return new log to caller.
381         p->wholding = true;
382
383         ret.array = (byte*)p->log[p->wtoggle];
384         ret.len = n*sizeof(uintptr);
385         ret.cap = ret.len;
386         return ret;
387
388 flush:
389         // In flush mode.
390         // Add is no longer being called.  We own the log.
391         // Also, p->handoff is non-zero, so flushlog will return false.
392         // Evict the hash table into the log and return it.
393         for(i=0; i<HashSize; i++) {
394                 b = &p->hash[i];
395                 for(j=0; j<Assoc; j++) {
396                         e = &b->entry[j];
397                         if(e->count > 0 && !evict(p, e)) {
398                                 // Filled the log.  Stop the loop and return what we've got.
399                                 goto breakflush;
400                         }
401                 }
402         }
403 breakflush:
404
405         // Return pending log data.
406         if(p->nlog > 0) {
407                 // Note that we're using toggle now, not wtoggle,
408                 // because we're working on the log directly.
409                 ret.array = (byte*)p->log[p->toggle];
410                 ret.len = p->nlog*sizeof(uintptr);
411                 ret.cap = ret.len;
412                 p->nlog = 0;
413                 return ret;
414         }
415
416         // Made it through the table without finding anything to log.
417         // Finally done.  Clean up and return nil.
418         p->flushing = false;
419         if(!runtime_cas(&p->handoff, p->handoff, 0))
420                 runtime_printf("runtime: profile flush racing with something\n");
421         return ret;  // set to nil at top of function
422 }
423
424 extern Slice runtime_CPUProfile(void)
425      __asm__("libgo_runtime.runtime.CPUProfile");
426
427 // CPUProfile returns the next cpu profile block as a []byte.
428 // The user documentation is in debug.go.
429 Slice
430 runtime_CPUProfile(void)
431 {
432         return getprofile(prof);
433 }