lwip/src/core/memp.c

   1 /**
   2  * @file
   3  * Dynamic pool memory manager
   4  *
   5  * lwIP has dedicated pools for many structures (netconn, protocol control blocks,
   6  * packet buffers, ...). All these pools are managed here.
   7  */
   8
   9 /*
  10  * Copyright (c) 2001-2004 Swedish Institute of Computer Science.
  11  * All rights reserved.
  12  *
  13  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without modification,
  14  * are permitted provided that the following conditions are met:
  15  *
  16  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright notice,
  17  *    this list of conditions and the following disclaimer.
  18  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright notice,
  19  *    this list of conditions and the following disclaimer in the documentation
  20  *    and/or other materials provided with the distribution.
  21  * 3. The name of the author may not be used to endorse or promote products
  22  *    derived from this software without specific prior written permission.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR IMPLIED
  25  * WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES OF
  26  * MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED. IN NO EVENT
  27  * SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL,
  28  * EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT
  29  * OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
  30  * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN
  31  * CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING
  32  * IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY
  33  * OF SUCH DAMAGE.
  34  *
  35  * This file is part of the lwIP TCP/IP stack.
  36  *
  37  * Author: Adam Dunkels <adam@sics.se>
  38  *
  39  */
  40
  41 #include "lwip/opt.h"
  42
  43 #include "lwip/memp.h"
  44 #include "lwip/pbuf.h"
  45 #include "lwip/udp.h"
  46 #include "lwip/raw.h"
  47 #include "lwip/tcp.h"
  48 #include "lwip/igmp.h"
  49 #include "lwip/api.h"
  50 #include "lwip/api_msg.h"
  51 #include "lwip/tcpip.h"
  52 #include "lwip/sys.h"
  53 #include "lwip/stats.h"
  54 #include "netif/etharp.h"
  55 #include "lwip/ip_frag.h"
  56
  57 #include <string.h>
  58
  59 struct memp {
  60   struct memp *next;
  61 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK
  62   const char *file;
  63   int line;
  64 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */
  65 };
  66
  67 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK
  68 /* if MEMP_OVERFLOW_CHECK is turned on, we reserve some bytes at the beginning
  69  * and at the end of each element, initialize them as 0xcd and check
  70  * them later. */
  71 /* If MEMP_OVERFLOW_CHECK is >= 2, on every call to memp_malloc or memp_free,
  72  * every single element in each pool is checked!
  73  * This is VERY SLOW but also very helpful. */
  74 /* MEMP_SANITY_REGION_BEFORE and MEMP_SANITY_REGION_AFTER can be overridden in
  75  * lwipopts.h to change the amount reserved for checking. */
  76 #ifndef MEMP_SANITY_REGION_BEFORE
  77 #define MEMP_SANITY_REGION_BEFORE  16
  78 #endif /* MEMP_SANITY_REGION_BEFORE*/
  79 #if MEMP_SANITY_REGION_BEFORE > 0
  80 #define MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED    LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(MEMP_SANITY_REGION_BEFORE)
  81 #else
  82 #define MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED    0
  83 #endif /* MEMP_SANITY_REGION_BEFORE*/
  84 #ifndef MEMP_SANITY_REGION_AFTER
  85 #define MEMP_SANITY_REGION_AFTER   16
  86 #endif /* MEMP_SANITY_REGION_AFTER*/
  87 #if MEMP_SANITY_REGION_AFTER > 0
  88 #define MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED     LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(MEMP_SANITY_REGION_AFTER)
  89 #else
  90 #define MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED     0
  91 #endif /* MEMP_SANITY_REGION_AFTER*/
  92
  93 /* MEMP_SIZE: save space for struct memp and for sanity check */
  94 #define MEMP_SIZE          (LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(sizeof(struct memp)) + MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED)
  95 #define MEMP_ALIGN_SIZE(x) (LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(x) + MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED)
  96
  97 #else /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */
  98
  99 /* No sanity checks
 100  * We don't need to preserve the struct memp while not allocated, so we
 101  * can save a little space and set MEMP_SIZE to 0.
 102  */
 103 #define MEMP_SIZE           0
 104 #define MEMP_ALIGN_SIZE(x) (LWIP_MEM_ALIGN_SIZE(x))
 105
 106 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */
 107
 108 /** This array holds the first free element of each pool.
 109  *  Elements form a linked list. */
 110 static struct memp *memp_tab[MEMP_MAX];
 111
 112 /** This array holds the element sizes of each pool. */
 113 #if !MEM_USE_POOLS
 114 static
 115 #endif
 116 const u16_t memp_sizes[MEMP_MAX] = {
 117 #define LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc)  MEMP_ALIGN_SIZE(size),
 118 #include "lwip/memp_std.h"
 119 };
 120
 121 /** This array holds the number of elements in each pool. */
 122 static const u16_t memp_num[MEMP_MAX] = {
 123 #define LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc)  (num),
 124 #include "lwip/memp_std.h"
 125 };
 126
 127 /** This array holds a textual description of each pool. */
 128 #ifdef LWIP_DEBUG
 129 static const char *memp_desc[MEMP_MAX] = {
 130 #define LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc)  (desc),
 131 #include "lwip/memp_std.h"
 132 };
 133 #endif /* LWIP_DEBUG */
 134
 135 /** This is the actual memory used by the pools. */
 136 static u8_t memp_memory[MEM_ALIGNMENT - 1
 137 #define LWIP_MEMPOOL(name,num,size,desc) + ( (num) * (MEMP_SIZE + MEMP_ALIGN_SIZE(size) ) )
 138 #include "lwip/memp_std.h"
 139 ];
 140
 141 #if MEMP_SANITY_CHECK
 142 /**
 143  * Check that memp-lists don't form a circle
 144  */
 145 static int
 146 memp_sanity(void)
 147 {
 148   s16_t i, c;
 149   struct memp *m, *n;
 150
 151   for (i = 0; i < MEMP_MAX; i++) {
 152     for (m = memp_tab[i]; m != NULL; m = m->next) {
 153       c = 1;
 154       for (n = memp_tab[i]; n != NULL; n = n->next) {
 155         if (n == m && --c < 0) {
 156           return 0;
 157         }
 158       }
 159     }
 160   }
 161   return 1;
 162 }
 163 #endif /* MEMP_SANITY_CHECK*/
 164 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK
 165 /**
 166  * Check if a memp element was victim of an overflow
 167  * (e.g. the restricted area after it has been altered)
 168  *
 169  * @param p the memp element to check
 170  * @param memp_size the element size of the pool p comes from
 171  */
 172 static void
 173 memp_overflow_check_element(struct memp *p, u16_t memp_size)
 174 {
 175   u16_t k;
 176   u8_t *m;
 177 #if MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED > 0
 178   m = (u8_t*)p + MEMP_SIZE - MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED;
 179   for (k = 0; k < MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED; k++) {
 180     if (m[k] != 0xcd) {
 181       LWIP_ASSERT("detected memp underflow!", 0);
 182     }
 183   }
 184 #endif
 185 #if MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED > 0
 186   m = (u8_t*)p + MEMP_SIZE + memp_size - MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED;
 187   for (k = 0; k < MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED; k++) {
 188     if (m[k] != 0xcd) {
 189       LWIP_ASSERT("detected memp overflow!", 0);
 190     }
 191   }
 192 #endif
 193 }
 194
 195 /**
 196  * Do an overflow check for all elements in every pool.
 197  *
 198  * @see memp_overflow_check_element for a description of the check
 199  */
 200 static void
 201 memp_overflow_check_all(void)
 202 {
 203   u16_t i, j;
 204   struct memp *p;
 205
 206   p = LWIP_MEM_ALIGN(memp_memory);
 207   for (i = 0; i < MEMP_MAX; ++i) {
 208     p = p;
 209     for (j = 0; j < memp_num[i]; ++j) {
 210       memp_overflow_check_element(p, memp_sizes[i]);
 211       p = (struct memp*)((u8_t*)p + MEMP_SIZE + memp_sizes[i]);
 212     }
 213   }
 214 }
 215
 216 /**
 217  * Initialize the restricted areas of all memp elements in every pool.
 218  */
 219 static void
 220 memp_overflow_init(void)
 221 {
 222   u16_t i, j;
 223   struct memp *p;
 224   u8_t *m;
 225
 226   p = LWIP_MEM_ALIGN(memp_memory);
 227   for (i = 0; i < MEMP_MAX; ++i) {
 228     p = p;
 229     for (j = 0; j < memp_num[i]; ++j) {
 230 #if MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED > 0
 231       m = (u8_t*)p + MEMP_SIZE - MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED;
 232       memset(m, 0xcd, MEMP_SANITY_REGION_BEFORE_ALIGNED);
 233 #endif
 234 #if MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED > 0
 235       m = (u8_t*)p + MEMP_SIZE + memp_sizes[i] - MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED;
 236       memset(m, 0xcd, MEMP_SANITY_REGION_AFTER_ALIGNED);
 237 #endif
 238       p = (struct memp*)((u8_t*)p + MEMP_SIZE + memp_sizes[i]);
 239     }
 240   }
 241 }
 242 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */
 243
 244 /**
 245  * Initialize this module.
 246  *
 247  * Carves out memp_memory into linked lists for each pool-type.
 248  */
 249 void
 250 memp_init(void)
 251 {
 252   struct memp *memp;
 253   u16_t i, j;
 254
 255 #if MEMP_STATS
 256   for (i = 0; i < MEMP_MAX; ++i) {
 257     lwip_stats.memp[i].used = lwip_stats.memp[i].max =
 258       lwip_stats.memp[i].err = 0;
 259     lwip_stats.memp[i].avail = memp_num[i];
 260   }
 261 #endif /* MEMP_STATS */
 262
 263   memp = LWIP_MEM_ALIGN(memp_memory);
 264   /* for every pool: */
 265   for (i = 0; i < MEMP_MAX; ++i) {
 266     memp_tab[i] = NULL;
 267     /* create a linked list of memp elements */
 268     for (j = 0; j < memp_num[i]; ++j) {
 269       memp->next = memp_tab[i];
 270       memp_tab[i] = memp;
 271       memp = (struct memp *)((u8_t *)memp + MEMP_SIZE + memp_sizes[i]);
 272     }
 273   }
 274 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK
 275   memp_overflow_init();
 276   /* check everything a first time to see if it worked */
 277   memp_overflow_check_all();
 278 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */
 279 }
 280
 281 /**
 282  * Get an element from a specific pool.
 283  *
 284  * @param type the pool to get an element from
 285  *
 286  * the debug version has two more parameters:
 287  * @param file file name calling this function
 288  * @param line number of line where this function is called
 289  *
 290  * @return a pointer to the allocated memory or a NULL pointer on error
 291  */
 292 void *
 293 #if !MEMP_OVERFLOW_CHECK
 294 memp_malloc(memp_t type)
 295 #else
 296 memp_malloc_fn(memp_t type, const char* file, const int line)
 297 #endif
 298 {
 299   struct memp *memp;
 300   SYS_ARCH_DECL_PROTECT(old_level);
 301
 302   LWIP_ERROR("memp_malloc: type < MEMP_MAX", (type < MEMP_MAX), return NULL;);
 303
 304   SYS_ARCH_PROTECT(old_level);
 305 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK >= 2
 306   memp_overflow_check_all();
 307 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK >= 2 */
 308
 309   memp = memp_tab[type];
 310
 311   if (memp != NULL) {
 312     memp_tab[type] = memp->next;
 313 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK
 314     memp->next = NULL;
 315     memp->file = file;
 316     memp->line = line;
 317 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */
 318 #if MEMP_STATS
 319     ++lwip_stats.memp[type].used;
 320     if (lwip_stats.memp[type].used > lwip_stats.memp[type].max) {
 321       lwip_stats.memp[type].max = lwip_stats.memp[type].used;
 322     }
 323 #endif /* MEMP_STATS */
 324     LWIP_ASSERT("memp_malloc: memp properly aligned",
 325                 ((mem_ptr_t)memp % MEM_ALIGNMENT) == 0);
 326     memp = (struct memp*)((u8_t*)memp + MEMP_SIZE);
 327   } else {
 328     LWIP_DEBUGF(MEMP_DEBUG | 2, ("memp_malloc: out of memory in pool %s\n", memp_desc[type]));
 329 #if MEMP_STATS
 330     ++lwip_stats.memp[type].err;
 331 #endif /* MEMP_STATS */
 332   }
 333
 334   SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);
 335
 336   return memp;
 337 }
 338
 339 /**
 340  * Put an element back into its pool.
 341  *
 342  * @param type the pool where to put mem
 343  * @param mem the memp element to free
 344  */
 345 void
 346 memp_free(memp_t type, void *mem)
 347 {
 348   struct memp *memp;
 349   SYS_ARCH_DECL_PROTECT(old_level);
 350
 351   if (mem == NULL) {
 352     return;
 353   }
 354   LWIP_ASSERT("memp_free: mem properly aligned",
 355                 ((mem_ptr_t)mem % MEM_ALIGNMENT) == 0);
 356
 357   memp = (struct memp *)((u8_t*)mem - MEMP_SIZE);
 358
 359   SYS_ARCH_PROTECT(old_level);
 360 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK
 361 #if MEMP_OVERFLOW_CHECK >= 2
 362   memp_overflow_check_all();
 363 #else
 364   memp_overflow_check_element(memp, memp_sizes[type]);
 365 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK >= 2 */
 366 #endif /* MEMP_OVERFLOW_CHECK */
 367
 368 #if MEMP_STATS
 369   lwip_stats.memp[type].used--;
 370 #endif /* MEMP_STATS */
 371
 372   memp->next = memp_tab[type];
 373   memp_tab[type] = memp;
 374
 375 #if MEMP_SANITY_CHECK
 376   LWIP_ASSERT("memp sanity", memp_sanity());
 377 #endif /* MEMP_SANITY_CHECK */
 378
 379   SYS_ARCH_UNPROTECT(old_level);
 380 }