OSDN Git Service

Include strings.h for the ffs prototype.
[android-x86/dalvik.git] / vm / IndirectRefTable.h
1 /*
2  * Copyright (C) 2009 The Android Open Source Project
3  *
4  * Licensed under the Apache License, Version 2.0 (the "License");
5  * you may not use this file except in compliance with the License.
6  * You may obtain a copy of the License at
7  *
8  *      http://www.apache.org/licenses/LICENSE-2.0
9  *
10  * Unless required by applicable law or agreed to in writing, software
11  * distributed under the License is distributed on an "AS IS" BASIS,
12  * WITHOUT WARRANTIES OR CONDITIONS OF ANY KIND, either express or implied.
13  * See the License for the specific language governing permissions and
14  * limitations under the License.
15  */
16
17 #ifndef _DALVIK_INDIRECTREFTABLE
18 #define _DALVIK_INDIRECTREFTABLE
19 /*
20  * Maintain a table of indirect references.  Used for local/global JNI
21  * references.
22  *
23  * The table contains object references that are part of the GC root set.
24  * When an object is added we return an IndirectRef that is not a valid
25  * pointer but can be used to find the original value in O(1) time.
26  * Conversions to and from indirect refs are performed on JNI method calls
27  * in and out of the VM, so they need to be very fast.
28  *
29  * To be efficient for JNI local variable storage, we need to provide
30  * operations that allow us to operate on segments of the table, where
31  * segments are pushed and popped as if on a stack.  For example, deletion
32  * of an entry should only succeed if it appears in the current segment,
33  * and we want to be able to strip off the current segment quickly when
34  * a method returns.  Additions to the table must be made in the current
35  * segment even if space is available in an earlier area.
36  *
37  * A new segment is created when we call into native code from interpreted
38  * code, or when we handle the JNI PushLocalFrame function.
39  *
40  * The GC must be able to scan the entire table quickly.
41  *
42  * In summary, these must be very fast:
43  *  - adding or removing a segment
44  *  - adding references to a new segment
45  *  - converting an indirect reference back to an Object
46  * These can be a little slower, but must still be pretty quick:
47  *  - adding references to a "mature" segment
48  *  - removing individual references
49  *  - scanning the entire table straight through
50  *
51  * If there's more than one segment, we don't guarantee that the table
52  * will fill completely before we fail due to lack of space.  We do ensure
53  * that the current segment will pack tightly, which should satisfy JNI
54  * requirements (e.g. EnsureLocalCapacity).
55  *
56  * To make everything fit nicely in 32-bit integers, the maximum size of
57  * the table is capped at 64K.
58  *
59  * None of the table functions are synchronized.
60  */
61
62 /*
63  * Indirect reference definition.  This must be interchangeable with JNI's
64  * jobject, and it's convenient to let null be null, so we use void*.
65  *
66  * We need a 16-bit table index and a 2-bit reference type (global, local,
67  * weak global).  Real object pointers will have zeroes in the low 2 or 3
68  * bits (4- or 8-byte alignment), so it's useful to put the ref type
69  * in the low bits and reserve zero as an invalid value.
70  *
71  * The remaining 14 bits can be used to detect stale indirect references.
72  * For example, if objects don't move, we can use a hash of the original
73  * Object* to make sure the entry hasn't been re-used.  (If the Object*
74  * we find there doesn't match because of heap movement, we could do a
75  * secondary check on the preserved hash value; this implies that creating
76  * a global/local ref queries the hash value and forces it to be saved.)
77  * This is only done when CheckJNI is enabled.
78  *
79  * A more rigorous approach would be to put a serial number in the extra
80  * bits, and keep a copy of the serial number in a parallel table.  This is
81  * easier when objects can move, but requires 2x the memory and additional
82  * memory accesses on add/get.  It will catch additional problems, e.g.:
83  * create iref1 for obj, delete iref1, create iref2 for same obj, lookup
84  * iref1.  A pattern based on object bits will miss this.
85  */
86 typedef void* IndirectRef;
87
88 /*
89  * Indirect reference kind, used as the two low bits of IndirectRef.
90  *
91  * For convenience these match up with enum jobjectRefType from jni.h.
92  */
93 typedef enum IndirectRefKind {
94     kIndirectKindInvalid    = 0,
95     kIndirectKindLocal      = 1,
96     kIndirectKindGlobal     = 2,
97     kIndirectKindWeakGlobal = 3
98 } IndirectRefKind;
99
100 /*
101  * Extended debugging structure.  We keep a parallel array of these, one
102  * per slot in the table.
103  */
104 #define kIRTPrevCount   4
105 typedef struct IndirectRefSlot {
106     u4          serial;         /* slot serial */
107     Object*     previous[kIRTPrevCount];
108 } IndirectRefSlot;
109
110 /*
111  * Table definition.
112  *
113  * For the global reference table, the expected common operations are
114  * adding a new entry and removing a recently-added entry (usually the
115  * most-recently-added entry).  For JNI local references, the common
116  * operations are adding a new entry and removing an entire table segment.
117  *
118  * If "allocEntries" is not equal to "maxEntries", the table may expand
119  * when entries are added, which means the memory may move.  If you want
120  * to keep pointers into "table" rather than offsets, you must use a
121  * fixed-size table.
122  *
123  * If we delete entries from the middle of the list, we will be left with
124  * "holes".  We track the number of holes so that, when adding new elements,
125  * we can quickly decide to do a trivial append or go slot-hunting.
126  *
127  * When the top-most entry is removed, any holes immediately below it are
128  * also removed.  Thus, deletion of an entry may reduce "topIndex" by more
129  * than one.
130  *
131  * To get the desired behavior for JNI locals, we need to know the bottom
132  * and top of the current "segment".  The top is managed internally, and
133  * the bottom is passed in as a function argument (the VM keeps it in a
134  * slot in the interpreted stack frame).  When we call a native method or
135  * push a local frame, the current top index gets pushed on, and serves
136  * as the new bottom.  When we pop a frame off, the value from the stack
137  * becomes the new top index, and the value stored in the previous frame
138  * becomes the new bottom.
139  *
140  * To avoid having to re-scan the table after a pop, we want to push the
141  * number of holes in the table onto the stack.  Because of our 64K-entry
142  * cap, we can combine the two into a single unsigned 32-bit value.
143  * Instead of a "bottom" argument we take a "cookie", which includes the
144  * bottom index and the count of holes below the bottom.
145  *
146  * We need to minimize method call/return overhead.  If we store the
147  * "cookie" externally, on the interpreted call stack, the VM can handle
148  * pushes and pops with a single 4-byte load and store.  (We could also
149  * store it internally in a public structure, but the local JNI refs are
150  * logically tied to interpreted stack frames anyway.)
151  *
152  * Common alternative implementation: make IndirectRef a pointer to the
153  * actual reference slot.  Instead of getting a table and doing a lookup,
154  * the lookup can be done instantly.  Operations like determining the
155  * type and deleting the reference are more expensive because the table
156  * must be hunted for (i.e. you have to do a pointer comparison to see
157  * which table it's in), you can't move the table when expanding it (so
158  * realloc() is out), and tricks like serial number checking to detect
159  * stale references aren't possible (though we may be able to get similar
160  * benefits with other approaches).
161  *
162  * TODO: consider a "lastDeleteIndex" for quick hole-filling when an
163  * add immediately follows a delete; must invalidate after segment pop
164  * (which could increase the cost/complexity of method call/return).
165  * Might be worth only using it for JNI globals.
166  *
167  * TODO: may want completely different add/remove algorithms for global
168  * and local refs to improve performance.  A large circular buffer might
169  * reduce the amortized cost of adding global references.
170  *
171  * TODO: if we can guarantee that the underlying storage doesn't move,
172  * e.g. by using oversized mmap regions to handle expanding tables, we may
173  * be able to avoid having to synchronize lookups.  Might make sense to
174  * add a "synchronized lookup" call that takes the mutex as an argument,
175  * and either locks or doesn't lock based on internal details.
176  */
177 typedef union IRTSegmentState {
178     u4          all;
179     struct {
180         u4      topIndex:16;            /* index of first unused entry */
181         u4      numHoles:16;            /* #of holes in entire table */
182     } parts;
183 } IRTSegmentState;
184 typedef struct IndirectRefTable {
185     /* semi-public - read/write by interpreter in native call handler */
186     IRTSegmentState segmentState;
187
188     /* semi-public - read-only during GC scan; pointer must not be kept */
189     Object**        table;              /* bottom of the stack */
190
191     /* private */
192     IndirectRefSlot* slotData;          /* extended debugging info */
193     int             allocEntries;       /* #of entries we have space for */
194     int             maxEntries;         /* max #of entries allowed */
195     IndirectRefKind kind;               /* bit mask, ORed into all irefs */
196
197     // TODO: want hole-filling stats (#of holes filled, total entries scanned)
198     //       for performance evaluation.
199 } IndirectRefTable;
200
201 /* use as initial value for "cookie", and when table has only one segment */
202 #define IRT_FIRST_SEGMENT   0
203
204 /*
205  * (This is PRIVATE, but we want it inside other inlines in this header.)
206  *
207  * Indirectify the object.
208  *
209  * The object pointer itself is subject to relocation in some GC
210  * implementations, so we shouldn't really be using it here.
211  */
212 INLINE IndirectRef dvmObjectToIndirectRef(IndirectRefTable* pRef,
213     Object* obj, u4 tableIndex, IndirectRefKind kind)
214 {
215     assert(tableIndex < 65536);
216     //u4 objChunk = (((u4) obj >> 3) ^ ((u4) obj >> 19)) & 0x3fff;
217     //u4 uref = objChunk << 18 | (tableIndex << 2) | kind;
218     u4 serialChunk = pRef->slotData[tableIndex].serial;
219     u4 uref = serialChunk << 20 | (tableIndex << 2) | kind;
220     return (IndirectRef) uref;
221 }
222
223 /*
224  * (This is PRIVATE, but we want it inside other inlines in this header.)
225  *
226  * Extract the table index from an indirect reference.
227  */
228 INLINE u4 dvmIndirectRefToIndex(IndirectRef iref)
229 {
230     u4 uref = (u4) iref;
231     return (uref >> 2) & 0xffff;
232 }
233
234 /*
235  * Determine what kind of indirect reference this is.
236  */
237 INLINE IndirectRefKind dvmGetIndirectRefType(IndirectRef iref)
238 {
239     return (IndirectRefKind)((u4) iref & 0x03);
240 }
241
242 /*
243  * Initialize an IndirectRefTable.
244  *
245  * If "initialCount" != "maxCount", the table will expand as required.
246  *
247  * "kind" should be Local or Global.  The Global table may also hold
248  * WeakGlobal refs.
249  *
250  * Returns "false" if table allocation fails.
251  */
252 bool dvmInitIndirectRefTable(IndirectRefTable* pRef, int initialCount,
253     int maxCount, IndirectRefKind kind);
254
255 /*
256  * Clear out the contents, freeing allocated storage.  Does not free "pRef".
257  *
258  * You must call dvmInitReferenceTable() before you can re-use this table.
259  */
260 void dvmClearIndirectRefTable(IndirectRefTable* pRef);
261
262 /*
263  * Start a new segment at the top of the table.
264  *
265  * Returns an opaque 32-bit value that must be provided when the segment
266  * is to be removed.
267  *
268  * IMPORTANT: this is implemented as a single instruction in mterp, rather
269  * than a call here.  You can add debugging aids for the C-language
270  * interpreters, but the basic implementation may not change.
271  */
272 INLINE u4 dvmPushIndirectRefTableSegment(IndirectRefTable* pRef)
273 {
274     return pRef->segmentState.all;
275 }
276
277 /* extra debugging checks */
278 bool dvmPopIndirectRefTableSegmentCheck(IndirectRefTable* pRef, u4 cookie);
279
280 /*
281  * Remove one or more segments from the top.  The table entry identified
282  * by "cookie" becomes the new top-most entry.
283  *
284  * IMPORTANT: this is implemented as a single instruction in mterp, rather
285  * than a call here.  You can add debugging aids for the C-language
286  * interpreters, but the basic implementation must not change.
287  */
288 INLINE void dvmPopIndirectRefTableSegment(IndirectRefTable* pRef, u4 cookie)
289 {
290     dvmPopIndirectRefTableSegmentCheck(pRef, cookie);
291     pRef->segmentState.all = cookie;
292 }
293
294 /*
295  * Return the #of entries in the entire table.  This includes holes, and
296  * so may be larger than the actual number of "live" entries.
297  */
298 INLINE size_t dvmIndirectRefTableEntries(const IndirectRefTable* pRef)
299 {
300     return pRef->segmentState.parts.topIndex;
301 }
302
303 /*
304  * Returns "true" if the table is full.  The table is considered full if
305  * we would need to expand it to add another entry to the current segment.
306  */
307 INLINE size_t dvmIsIndirectRefTableFull(const IndirectRefTable* pRef)
308 {
309     return dvmIndirectRefTableEntries(pRef) == (size_t)pRef->allocEntries;
310 }
311
312 /*
313  * Add a new entry.  "obj" must be a valid non-NULL object reference
314  * (though it's okay if it's not fully-formed, e.g. the result from
315  * dvmMalloc doesn't have obj->clazz set).
316  *
317  * Returns NULL if the table is full (max entries reached, or alloc
318  * failed during expansion).
319  */
320 IndirectRef dvmAddToIndirectRefTable(IndirectRefTable* pRef, u4 cookie,
321     Object* obj);
322
323 /*
324  * Add a new entry at the end.  Similar to Add but does not usually attempt
325  * to fill in holes.  This is only appropriate to use right after a new
326  * segment has been pushed.
327  *
328  * (This is intended for use when calling into a native JNI method, so
329  * performance is critical.)
330  */
331 INLINE IndirectRef dvmAppendToIndirectRefTable(IndirectRefTable* pRef,
332     u4 cookie, Object* obj)
333 {
334     int topIndex = pRef->segmentState.parts.topIndex;
335     if (topIndex == pRef->allocEntries) {
336         /* up against alloc or max limit, call the fancy version */
337         return dvmAddToIndirectRefTable(pRef, cookie, obj);
338     } else {
339         IndirectRef result = dvmObjectToIndirectRef(pRef, obj, topIndex,
340             pRef->kind);
341         pRef->table[topIndex++] = obj;
342         pRef->segmentState.parts.topIndex = topIndex;
343         return result;
344     }
345 }
346
347 /* extra debugging checks */
348 bool dvmGetFromIndirectRefTableCheck(IndirectRefTable* pRef, IndirectRef iref);
349
350 /*
351  * Given an IndirectRef in the table, return the Object it refers to.
352  *
353  * Returns NULL if iref is invalid.
354  */
355 INLINE Object* dvmGetFromIndirectRefTable(IndirectRefTable* pRef,
356     IndirectRef iref)
357 {
358     if (!dvmGetFromIndirectRefTableCheck(pRef, iref))
359         return NULL;
360
361     int idx = dvmIndirectRefToIndex(iref);
362     return pRef->table[idx];
363 }
364
365 /*
366  * Remove an existing entry.
367  *
368  * If the entry is not between the current top index and the bottom index
369  * specified by the cookie, we don't remove anything.  This is the behavior
370  * required by JNI's DeleteLocalRef function.
371  *
372  * Returns "false" if nothing was removed.
373  */
374 bool dvmRemoveFromIndirectRefTable(IndirectRefTable* pRef, u4 cookie,
375     IndirectRef iref);
376
377 /*
378  * Dump the contents of a reference table to the log file.
379  *
380  * The caller should lock any external sync before calling.
381  */
382 void dvmDumpIndirectRefTable(const IndirectRefTable* pRef, const char* descr);
383
384 #endif /*_DALVIK_INDIRECTREFTABLE*/