]> git.ipfire.org Git - thirdparty/glibc.git/commitdiff
malloc: Add madvise support for Transparent Huge Pages
authorAdhemerval Zanella <adhemerval.zanella@linaro.org>
Fri, 13 Aug 2021 11:36:29 +0000 (08:36 -0300)
committerAdhemerval Zanella <adhemerval.zanella@linaro.org>
Wed, 15 Dec 2021 20:35:14 +0000 (17:35 -0300)
Linux Transparent Huge Pages (THP) current supports three different
states: 'never', 'madvise', and 'always'.  The 'never' is
self-explanatory and 'always' will enable THP for all anonymous
pages.  However, 'madvise' is still the default for some system and
for such case THP will be only used if the memory range is explicity
advertise by the program through a madvise(MADV_HUGEPAGE) call.

To enable it a new tunable is provided, 'glibc.malloc.hugetlb',
where setting to a value diffent than 0 enables the madvise call.

This patch issues the madvise(MADV_HUGEPAGE) call after a successful
mmap() call at sysmalloc() with sizes larger than the default huge
page size.  The madvise() call is disable is system does not support
THP or if it has the mode set to "never" and on Linux only support
one page size for THP, even if the architecture supports multiple
sizes.

To test is a new rule is added tests-malloc-hugetlb1, which run the
addes tests with the required GLIBC_TUNABLE setting.

Checked on x86_64-linux-gnu.

Reviewed-by: DJ Delorie <dj@redhat.com>
13 files changed:
NEWS
Rules
elf/dl-tunables.list
elf/tst-rtld-list-tunables.exp
malloc/Makefile
malloc/arena.c
malloc/malloc-internal.h
malloc/malloc.c
manual/tunables.texi
sysdeps/generic/Makefile
sysdeps/generic/malloc-hugepages.c [new file with mode: 0644]
sysdeps/generic/malloc-hugepages.h [new file with mode: 0644]
sysdeps/unix/sysv/linux/malloc-hugepages.c [new file with mode: 0644]

diff --git a/NEWS b/NEWS
index 2532565d775f1c227676416a313953e708f30ad2..3b94dd209c8f3463b801a7c9f449e031c35f7b05 100644 (file)
--- a/NEWS
+++ b/NEWS
@@ -92,6 +92,11 @@ Major new features:
   --enable-static-pie, which no longer has any effect on the build
   configuration.
 
+* On Linux, a new tunable, glibc.malloc.hugetlb, can be used to
+  make malloc issue madvise plus MADV_HUGEPAGE on mmap and sbrk calls.
+  Setting this might improve performance with Transparent Huge Pages madvise
+  mode depending of the workload.
+
 Deprecated and removed features, and other changes affecting compatibility:
 
 * On x86-64, the LD_PREFER_MAP_32BIT_EXEC environment variable support
diff --git a/Rules b/Rules
index b1137afe71fbfe599c2fc73583acbf3b4b7e1605..5f5d9ba4cc1633bdadc8789fddf5136678685ffa 100644 (file)
--- a/Rules
+++ b/Rules
@@ -157,6 +157,7 @@ tests: $(tests:%=$(objpfx)%.out) $(tests-internal:%=$(objpfx)%.out) \
        $(tests-container:%=$(objpfx)%.out) \
        $(tests-mcheck:%=$(objpfx)%-mcheck.out) \
        $(tests-malloc-check:%=$(objpfx)%-malloc-check.out) \
+       $(tests-malloc-hugetlb1:%=$(objpfx)%-malloc-hugetlb1.out) \
        $(tests-special) $(tests-printers-out)
 xtests: tests $(xtests:%=$(objpfx)%.out) $(xtests-special)
 endif
@@ -168,6 +169,7 @@ tests-expected =
 else
 tests-expected = $(tests) $(tests-internal) $(tests-printers) \
        $(tests-container) $(tests-malloc-check:%=%-malloc-check) \
+       $(tests-malloc-hugetlb1:%=%-malloc-hugetlb1) \
        $(tests-mcheck:%=%-mcheck)
 endif
 tests:
@@ -196,6 +198,7 @@ binaries-pie-notests =
 endif
 binaries-mcheck-tests = $(tests-mcheck:%=%-mcheck)
 binaries-malloc-check-tests = $(tests-malloc-check:%=%-malloc-check)
+binaries-malloc-hugetlb1-tests = $(tests-malloc-hugetlb1:%=%-malloc-hugetlb1)
 else
 binaries-all-notests =
 binaries-all-tests = $(tests) $(tests-internal) $(xtests) $(test-srcs)
@@ -207,6 +210,7 @@ binaries-pie-tests =
 binaries-pie-notests =
 binaries-mcheck-tests =
 binaries-malloc-check-tests =
+binaries-malloc-hugetlb1-tests =
 endif
 
 binaries-pie = $(binaries-pie-tests) $(binaries-pie-notests)
@@ -247,6 +251,14 @@ $(addprefix $(objpfx),$(binaries-malloc-check-tests)): %-malloc-check: %.o \
        $(+link-tests)
 endif
 
+ifneq "$(strip $(binaries-malloc-hugetlb1-tests))" ""
+$(addprefix $(objpfx),$(binaries-malloc-hugetlb1-tests)): %-malloc-hugetlb1: %.o \
+  $(link-extra-libs-tests) \
+  $(sort $(filter $(common-objpfx)lib%,$(link-libc))) \
+  $(addprefix $(csu-objpfx),start.o) $(+preinit) $(+postinit)
+       $(+link-tests)
+endif
+
 ifneq "$(strip $(binaries-pie-tests))" ""
 $(addprefix $(objpfx),$(binaries-pie-tests)): %: %.o \
   $(link-extra-libs-tests) \
@@ -284,6 +296,13 @@ $(1)-malloc-check-ENV = MALLOC_CHECK_=3 \
 endef
 $(foreach t,$(tests-malloc-check),$(eval $(call malloc-check-ENVS,$(t))))
 
+# All malloc-hugetlb1 tests will be run with GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.hugetlb=1
+define malloc-hugetlb1-ENVS
+$(1)-malloc-hugetlb1-ENV += GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.hugetlb=1
+endef
+$(foreach t,$(tests-malloc-hugetlb1),$(eval $(call malloc-hugetlb1-ENVS,$(t))))
+
+
 # mcheck tests need the debug DSO to support -lmcheck.
 define mcheck-ENVS
 $(1)-mcheck-ENV = LD_PRELOAD=$(common-objpfx)/malloc/libc_malloc_debug.so
index ffcd7f18d4fafb9157ddbeabdcf5bf9329adc027..d1fd3f3e91f5e27c20e65d33ab4c47604559dce7 100644 (file)
@@ -92,6 +92,11 @@ glibc {
       minval: 0
       security_level: SXID_IGNORE
     }
+    hugetlb {
+      type: INT_32
+      minval: 0
+      maxval: 1
+    }
   }
   cpu {
     hwcap_mask {
index 44e4834cfb431633422a20e1139ac37e5bba5e5c..d8e363f2c54f4196835713864696af9eadc970c8 100644 (file)
@@ -1,6 +1,7 @@
 glibc.malloc.arena_max: 0x0 (min: 0x1, max: 0x[f]+)
 glibc.malloc.arena_test: 0x0 (min: 0x1, max: 0x[f]+)
 glibc.malloc.check: 0 (min: 0, max: 3)
+glibc.malloc.hugetlb: 0 (min: 0, max: 1)
 glibc.malloc.mmap_max: 0 (min: 0, max: 2147483647)
 glibc.malloc.mmap_threshold: 0x0 (min: 0x0, max: 0x[f]+)
 glibc.malloc.mxfast: 0x0 (min: 0x0, max: 0x[f]+)
index 63cd7c0734d97ba3c8a601e4f73b078425cdf1e9..0137595e17d92dfda5db179bc27fc27cd9b3fe19 100644 (file)
@@ -78,6 +78,22 @@ tests-exclude-malloc-check = tst-malloc-check tst-malloc-usable \
 tests-malloc-check = $(filter-out $(tests-exclude-malloc-check) \
                                  $(tests-static),$(tests))
 
+# Run all testes with GLIBC_TUNABLES=glibc.malloc.hugetlb=1 that check the
+# Transparent Huge Pages support.  We need exclude some tests that define
+# the ENV vars.
+tests-exclude-hugetlb1 = \
+       tst-compathooks-off \
+       tst-compathooks-on \
+       tst-interpose-nothread \
+       tst-interpose-thread \
+       tst-interpose-static-nothread \
+       tst-interpose-static-thread \
+       tst-malloc-usable \
+       tst-malloc-usable-tunables \
+       tst-mallocstate
+tests-malloc-hugetlb1 = \
+       $(filter-out $(tests-exclude-hugetlb1), $(tests))
+
 # -lmcheck needs __malloc_initialize_hook, which was deprecated in 2.24.
 ifeq ($(have-GLIBC_2.23)$(build-shared),yesyes)
 # Tests that don't play well with mcheck.  They are either bugs in mcheck or
index 78ef4cf18c780dfc7d733532a4afbf51a3e6b685..cd00c7bef4128bf601ecdc48ea5c6a9ad58a10d5 100644 (file)
@@ -230,6 +230,7 @@ TUNABLE_CALLBACK_FNDECL (set_tcache_count, size_t)
 TUNABLE_CALLBACK_FNDECL (set_tcache_unsorted_limit, size_t)
 #endif
 TUNABLE_CALLBACK_FNDECL (set_mxfast, size_t)
+TUNABLE_CALLBACK_FNDECL (set_hugetlb, int32_t)
 #else
 /* Initialization routine. */
 #include <string.h>
@@ -330,6 +331,7 @@ ptmalloc_init (void)
               TUNABLE_CALLBACK (set_tcache_unsorted_limit));
 # endif
   TUNABLE_GET (mxfast, size_t, TUNABLE_CALLBACK (set_mxfast));
+  TUNABLE_GET (hugetlb, int32_t, TUNABLE_CALLBACK (set_hugetlb));
 #else
   if (__glibc_likely (_environ != NULL))
     {
@@ -508,6 +510,9 @@ new_heap (size_t size, size_t top_pad)
       __munmap (p2, HEAP_MAX_SIZE);
       return 0;
     }
+
+  madvise_thp (p2, size);
+
   h = (heap_info *) p2;
   h->size = size;
   h->mprotect_size = size;
index 0c7b5a183c8687b3220a4522fd41d1588353b053..7493e34d8684ef9e3e8e025d7a56cd9c67d49f72 100644 (file)
@@ -22,6 +22,7 @@
 #include <malloc-machine.h>
 #include <malloc-sysdep.h>
 #include <malloc-size.h>
+#include <malloc-hugepages.h>
 
 /* Called in the parent process before a fork.  */
 void __malloc_fork_lock_parent (void) attribute_hidden;
index 095d97a3bee75bf47a562190cf8ab7b589e96d08..c75841b84128610f79c9743b3fad1ee5adc31f4e 100644 (file)
@@ -1880,6 +1880,11 @@ struct malloc_par
   INTERNAL_SIZE_T arena_test;
   INTERNAL_SIZE_T arena_max;
 
+#if HAVE_TUNABLES
+  /* Transparent Large Page support.  */
+  INTERNAL_SIZE_T thp_pagesize;
+#endif
+
   /* Memory map support */
   int n_mmaps;
   int n_mmaps_max;
@@ -2008,6 +2013,20 @@ free_perturb (char *p, size_t n)
 
 #include <stap-probe.h>
 
+/* ----------- Routines dealing with transparent huge pages ----------- */
+
+static inline void
+madvise_thp (void *p, INTERNAL_SIZE_T size)
+{
+#if HAVE_TUNABLES && defined (MADV_HUGEPAGE)
+  /* Do not consider areas smaller than a huge page or if the tunable is
+     not active.  */
+  if (mp_.thp_pagesize == 0 || size < mp_.thp_pagesize)
+    return;
+  __madvise (p, size, MADV_HUGEPAGE);
+#endif
+}
+
 /* ------------------- Support for multiple arenas -------------------- */
 #include "arena.c"
 
@@ -2445,6 +2464,8 @@ sysmalloc (INTERNAL_SIZE_T nb, mstate av)
 
           if (mm != MAP_FAILED)
             {
+             madvise_thp (mm, size);
+
               /*
                  The offset to the start of the mmapped region is stored
                  in the prev_size field of the chunk. This allows us to adjust
@@ -2606,6 +2627,8 @@ sysmalloc (INTERNAL_SIZE_T nb, mstate av)
       if (size > 0)
         {
           brk = (char *) (MORECORE (size));
+         if (brk != (char *) (MORECORE_FAILURE))
+           madvise_thp (brk, size);
           LIBC_PROBE (memory_sbrk_more, 2, brk, size);
         }
 
@@ -2637,6 +2660,8 @@ sysmalloc (INTERNAL_SIZE_T nb, mstate av)
 
               if (mbrk != MAP_FAILED)
                 {
+                 madvise_thp (mbrk, size);
+
                   /* We do not need, and cannot use, another sbrk call to find end */
                   brk = mbrk;
                   snd_brk = brk + size;
@@ -2748,6 +2773,8 @@ sysmalloc (INTERNAL_SIZE_T nb, mstate av)
                       correction = 0;
                       snd_brk = (char *) (MORECORE (0));
                     }
+                 else
+                   madvise_thp (snd_brk, correction);
                 }
 
               /* handle non-contiguous cases */
@@ -2988,6 +3015,8 @@ mremap_chunk (mchunkptr p, size_t new_size)
   if (cp == MAP_FAILED)
     return 0;
 
+  madvise_thp (cp, new_size);
+
   p = (mchunkptr) (cp + offset);
 
   assert (aligned_OK (chunk2mem (p)));
@@ -5316,6 +5345,24 @@ do_set_mxfast (size_t value)
   return 0;
 }
 
+#if HAVE_TUNABLES
+static __always_inline int
+do_set_hugetlb (int32_t value)
+{
+  if (value == 1)
+    {
+      enum malloc_thp_mode_t thp_mode = __malloc_thp_mode ();
+      /*
+        Only enable THP madvise usage if system does support it and
+        has 'madvise' mode.  Otherwise the madvise() call is wasteful.
+       */
+      if (thp_mode == malloc_thp_mode_madvise)
+       mp_.thp_pagesize = __malloc_default_thp_pagesize ();
+    }
+  return 0;
+}
+#endif
+
 int
 __libc_mallopt (int param_number, int value)
 {
index 28ff502990c2a10f24eeccd326a4f6fee4871502..9ca6e3f603661c620ae700556ee69dd517d9473b 100644 (file)
@@ -270,6 +270,16 @@ pointer, so add 4 on 32-bit systems or 8 on 64-bit systems to the size
 passed to @code{malloc} for the largest bin size to enable.
 @end deftp
 
+@deftp Tunable glibc.malloc.hugetlb
+This tunable controls the usage of Huge Pages on @code{malloc} calls.  The
+default value is @code{0}, which disables any additional support on
+@code{malloc}.
+
+Setting its value to @code{1} enables the use of @code{madvise} with
+@code{MADV_HUGEPAGE} after memory allocation with @code{mmap}.  It is enabled
+only if the system supports Transparent Huge Page (currently only on Linux).
+@end deftp
+
 @node Dynamic Linking Tunables
 @section Dynamic Linking Tunables
 @cindex dynamic linking tunables
index a209e85cc432979f2f9c47a63e00acd1b881595e..8eef83c94d0580760ffc84d2b10303c84b4ac34b 100644 (file)
@@ -27,3 +27,11 @@ sysdep_routines += framestate unwind-pe
 shared-only-routines += framestate unwind-pe
 endif
 endif
+
+ifeq ($(subdir),malloc)
+sysdep_malloc_debug_routines += malloc-hugepages
+endif
+
+ifeq ($(subdir),misc)
+sysdep_routines += malloc-hugepages
+endif
diff --git a/sysdeps/generic/malloc-hugepages.c b/sysdeps/generic/malloc-hugepages.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..8fb459a
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,31 @@
+/* Huge Page support.  Generic implementation.
+   Copyright (C) 2021 Free Software Foundation, Inc.
+   This file is part of the GNU C Library.
+
+   The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
+   modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License as
+   published by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the
+   License, or (at your option) any later version.
+
+   The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful,
+   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+   Lesser General Public License for more details.
+
+   You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+   License along with the GNU C Library; see the file COPYING.LIB.  If
+   not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.  */
+
+#include <malloc-hugepages.h>
+
+unsigned long int
+__malloc_default_thp_pagesize (void)
+{
+  return 0;
+}
+
+enum malloc_thp_mode_t
+__malloc_thp_mode (void)
+{
+  return malloc_thp_mode_not_supported;
+}
diff --git a/sysdeps/generic/malloc-hugepages.h b/sysdeps/generic/malloc-hugepages.h
new file mode 100644 (file)
index 0000000..f5a442e
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,37 @@
+/* Malloc huge page support.  Generic implementation.
+   Copyright (C) 2021 Free Software Foundation, Inc.
+   This file is part of the GNU C Library.
+
+   The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
+   modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License as
+   published by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the
+   License, or (at your option) any later version.
+
+   The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful,
+   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+   Lesser General Public License for more details.
+
+   You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+   License along with the GNU C Library; see the file COPYING.LIB.  If
+   not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.  */
+
+#ifndef _MALLOC_HUGEPAGES_H
+#define _MALLOC_HUGEPAGES_H
+
+#include <stddef.h>
+
+/* Return the default transparent huge page size.  */
+unsigned long int __malloc_default_thp_pagesize (void) attribute_hidden;
+
+enum malloc_thp_mode_t
+{
+  malloc_thp_mode_always,
+  malloc_thp_mode_madvise,
+  malloc_thp_mode_never,
+  malloc_thp_mode_not_supported
+};
+
+enum malloc_thp_mode_t __malloc_thp_mode (void) attribute_hidden;
+
+#endif /* _MALLOC_HUGEPAGES_H */
diff --git a/sysdeps/unix/sysv/linux/malloc-hugepages.c b/sysdeps/unix/sysv/linux/malloc-hugepages.c
new file mode 100644 (file)
index 0000000..7497e07
--- /dev/null
@@ -0,0 +1,74 @@
+/* Huge Page support.  Linux implementation.
+   Copyright (C) 2021 Free Software Foundation, Inc.
+   This file is part of the GNU C Library.
+
+   The GNU C Library is free software; you can redistribute it and/or
+   modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License as
+   published by the Free Software Foundation; either version 2.1 of the
+   License, or (at your option) any later version.
+
+   The GNU C Library is distributed in the hope that it will be useful,
+   but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
+   MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
+   Lesser General Public License for more details.
+
+   You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
+   License along with the GNU C Library; see the file COPYING.LIB.  If
+   not, see <https://www.gnu.org/licenses/>.  */
+
+#include <intprops.h>
+#include <malloc-hugepages.h>
+#include <not-cancel.h>
+
+unsigned long int
+__malloc_default_thp_pagesize (void)
+{
+  int fd = __open64_nocancel (
+    "/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/hpage_pmd_size", O_RDONLY);
+  if (fd == -1)
+    return 0;
+
+  char str[INT_BUFSIZE_BOUND (unsigned long int)];
+  ssize_t s = __read_nocancel (fd, str, sizeof (str));
+  __close_nocancel (fd);
+  if (s < 0)
+    return 0;
+
+  unsigned long int r = 0;
+  for (ssize_t i = 0; i < s; i++)
+    {
+      if (str[i] == '\n')
+       break;
+      r *= 10;
+      r += str[i] - '0';
+    }
+  return r;
+}
+
+enum malloc_thp_mode_t
+__malloc_thp_mode (void)
+{
+  int fd = __open64_nocancel ("/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled",
+                             O_RDONLY);
+  if (fd == -1)
+    return malloc_thp_mode_not_supported;
+
+  static const char mode_always[]  = "[always] madvise never\n";
+  static const char mode_madvise[] = "always [madvise] never\n";
+  static const char mode_never[]   = "always madvise [never]\n";
+
+  char str[sizeof(mode_always)];
+  ssize_t s = __read_nocancel (fd, str, sizeof (str));
+  __close_nocancel (fd);
+
+  if (s == sizeof (mode_always) - 1)
+    {
+      if (strcmp (str, mode_always) == 0)
+       return malloc_thp_mode_always;
+      else if (strcmp (str, mode_madvise) == 0)
+       return malloc_thp_mode_madvise;
+      else if (strcmp (str, mode_never) == 0)
+       return malloc_thp_mode_never;
+    }
+  return malloc_thp_mode_not_supported;
+}