src/pcl/cache.lisp

   1 ;;;; the basics of the PCL wrapper cache mechanism
   2
   3 ;;;; This software is part of the SBCL system. See the README file for
   4 ;;;; more information.
   5
   6 ;;;; This software is derived from software originally released by Xerox
   7 ;;;; Corporation. Copyright and release statements follow. Later modifications
   8 ;;;; to the software are in the public domain and are provided with
   9 ;;;; absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS files for more
  10 ;;;; information.
  11
  12 ;;;; copyright information from original PCL sources:
  13 ;;;;
  14 ;;;; Copyright (c) 1985, 1986, 1987, 1988, 1989, 1990 Xerox Corporation.
  15 ;;;; All rights reserved.
  16 ;;;;
  17 ;;;; Use and copying of this software and preparation of derivative works based
  18 ;;;; upon this software are permitted. Any distribution of this software or
  19 ;;;; derivative works must comply with all applicable United States export
  20 ;;;; control laws.
  21 ;;;;
  22 ;;;; This software is made available AS IS, and Xerox Corporation makes no
  23 ;;;; warranty about the software, its performance or its conformity to any
  24 ;;;; specification.
  25
  26 (in-package "SB-PCL")
  27 \f
  28 ;;; The caching algorithm implemented:
  29 ;;;
  30 ;;; << put a paper here >>
  31 ;;;
  32 ;;; For now, understand that as far as most of this code goes, a cache
  33 ;;; has two important properties. The first is the number of wrappers
  34 ;;; used as keys in each cache line. Throughout this code, this value
  35 ;;; is always called NKEYS. The second is whether or not the cache
  36 ;;; lines of a cache store a value. Throughout this code, this always
  37 ;;; called VALUEP.
  38 ;;;
  39 ;;; Depending on these values, there are three kinds of caches.
  40 ;;;
  41 ;;; NKEYS = 1, VALUEP = NIL
  42 ;;;
  43 ;;; In this kind of cache, each line is 1 word long. No cache locking
  44 ;;; is needed since all read's in the cache are a single value.
  45 ;;; Nevertheless line 0 (location 0) is reserved, to ensure that
  46 ;;; invalid wrappers will not get a first probe hit.
  47 ;;;
  48 ;;; To keep the code simpler, a cache lock count does appear in
  49 ;;; location 0 of these caches, that count is incremented whenever
  50 ;;; data is written to the cache. But, the actual lookup code (see
  51 ;;; make-dlap) doesn't need to do locking when reading the cache.
  52 ;;;
  53 ;;; NKEYS = 1, VALUEP = T
  54 ;;;
  55 ;;; In this kind of cache, each line is 2 words long. Cache locking
  56 ;;; must be done to ensure the synchronization of cache reads. Line 0
  57 ;;; of the cache (location 0) is reserved for the cache lock count.
  58 ;;; Location 1 of the cache is unused (in effect wasted).
  59 ;;;
  60 ;;; NKEYS > 1
  61 ;;;
  62 ;;; In this kind of cache, the 0 word of the cache holds the lock
  63 ;;; count. The 1 word of the cache is line 0. Line 0 of these caches
  64 ;;; is not reserved.
  65 ;;;
  66 ;;; This is done because in this sort of cache, the overhead of doing
  67 ;;; the cache probe is high enough that the 1+ required to offset the
  68 ;;; location is not a significant cost. In addition, because of the
  69 ;;; larger line sizes, the space that would be wasted by reserving
  70 ;;; line 0 to hold the lock count is more significant.
  71 \f
  72 ;;; caches
  73 ;;;
  74 ;;; A cache is essentially just a vector. The use of the individual
  75 ;;; `words' in the vector depends on particular properties of the
  76 ;;; cache as described above.
  77 ;;;
  78 ;;; This defines an abstraction for caches in terms of their most
  79 ;;; obvious implementation as simple vectors. But, please notice that
  80 ;;; part of the implementation of this abstraction, is the function
  81 ;;; lap-out-cache-ref. This means that most port-specific
  82 ;;; modifications to the implementation of caches will require
  83 ;;; corresponding port-specific modifications to the lap code
  84 ;;; assembler.
  85 (defmacro cache-vector-ref (cache-vector location)
  86   `(svref (the simple-vector ,cache-vector)
  87           (sb-ext:truly-the fixnum ,location)))
  88
  89 (defmacro cache-vector-size (cache-vector)
  90   `(array-dimension (the simple-vector ,cache-vector) 0))
  91
  92 (defun allocate-cache-vector (size)
  93   (make-array size :adjustable nil))
  94
  95 (defmacro cache-vector-lock-count (cache-vector)
  96   `(cache-vector-ref ,cache-vector 0))
  97
  98 (defun flush-cache-vector-internal (cache-vector)
  99   (sb-sys:without-interrupts
 100     (fill (the simple-vector cache-vector) nil)
 101     (setf (cache-vector-lock-count cache-vector) 0))
 102   cache-vector)
 103
 104 (defmacro modify-cache (cache-vector &body body)
 105   `(sb-sys:without-interrupts
 106      (multiple-value-prog1
 107        (progn ,@body)
 108        (let ((old-count (cache-vector-lock-count ,cache-vector)))
 109          (declare (fixnum old-count))
 110          (setf (cache-vector-lock-count ,cache-vector)
 111                (if (= old-count most-positive-fixnum)
 112                    1 (the fixnum (1+ old-count))))))))
 113
 114 (deftype field-type ()
 115   '(mod #.sb-kernel:layout-clos-hash-length))
 116
 117 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
 118 (defun power-of-two-ceiling (x)
 119   (declare (fixnum x))
 120   ;;(expt 2 (ceiling (log x 2)))
 121   (the fixnum (ash 1 (integer-length (1- x)))))
 122 ) ; EVAL-WHEN
 123
 124 (defconstant +nkeys-limit+ 256)
 125
 126 (defstruct (cache (:constructor make-cache ())
 127                   (:copier copy-cache-internal))
 128   (owner nil)
 129   (nkeys 1 :type (integer 1 #.+nkeys-limit+))
 130   (valuep nil :type (member nil t))
 131   (nlines 0 :type fixnum)
 132   (field 0 :type field-type)
 133   (limit-fn #'default-limit-fn :type function)
 134   (mask 0 :type fixnum)
 135   (size 0 :type fixnum)
 136   (line-size 1 :type (integer 1 #.(power-of-two-ceiling (1+ +nkeys-limit+))))
 137   (max-location 0 :type fixnum)
 138   (vector #() :type simple-vector)
 139   (overflow nil :type list))
 140
 141 #-sb-fluid (declaim (sb-ext:freeze-type cache))
 142
 143 (defmacro cache-lock-count (cache)
 144   `(cache-vector-lock-count (cache-vector ,cache)))
 145 \f
 146 ;;; some facilities for allocation and freeing caches as they are needed
 147
 148 ;;; This is done on the assumption that a better port of PCL will
 149 ;;; arrange to cons these all in the same static area. Given that, the
 150 ;;; fact that PCL tries to reuse them should be a win.
 151
 152 (defvar *free-cache-vectors* (make-hash-table :size 16 :test 'eql))
 153
 154 ;;; Return a cache that has had FLUSH-CACHE-VECTOR-INTERNAL called on
 155 ;;; it. This returns a cache of exactly the size requested, it won't
 156 ;;; ever return a larger cache.
 157 (defun get-cache-vector (size)
 158   (let ((entry (gethash size *free-cache-vectors*)))
 159     (sb-sys:without-interrupts
 160       (cond ((null entry)
 161              (setf (gethash size *free-cache-vectors*) (cons 0 nil))
 162              (get-cache-vector size))
 163             ((null (cdr entry))
 164              (incf (car entry))
 165              (flush-cache-vector-internal (allocate-cache-vector size)))
 166             (t
 167              (let ((cache (cdr entry)))
 168                (setf (cdr entry) (cache-vector-ref cache 0))
 169                (flush-cache-vector-internal cache)))))))
 170
 171 (defun free-cache-vector (cache-vector)
 172   (let ((entry (gethash (cache-vector-size cache-vector) *free-cache-vectors*)))
 173     (sb-sys:without-interrupts
 174       (if (null entry)
 175           (error
 176            "attempt to free a cache-vector not allocated by GET-CACHE-VECTOR")
 177           (let ((thread (cdr entry)))
 178             (loop (unless thread (return))
 179                   (when (eq thread cache-vector)
 180                     (error "freeing a cache twice"))
 181                   (setq thread (cache-vector-ref thread 0)))
 182             (flush-cache-vector-internal cache-vector) ; to help the GC
 183             (setf (cache-vector-ref cache-vector 0) (cdr entry))
 184             (setf (cdr entry) cache-vector)
 185             nil)))))
 186
 187 ;;; This is just for debugging and analysis. It shows the state of the
 188 ;;; free cache resource.
 189 #+sb-show
 190 (defun show-free-cache-vectors ()
 191   (let ((elements ()))
 192     (maphash #'(lambda (s e) (push (list s e) elements)) *free-cache-vectors*)
 193     (setq elements (sort elements #'< :key #'car))
 194     (dolist (e elements)
 195       (let* ((size (car e))
 196              (entry (cadr e))
 197              (allocated (car entry))
 198              (head (cdr entry))
 199              (free 0))
 200         (loop (when (null head) (return t))
 201               (setq head (cache-vector-ref head 0))
 202               (incf free))
 203         (format t
 204                 "~&There  ~4D are caches of size ~4D. (~D free  ~3D%)"
 205                 allocated
 206                 size
 207                 free
 208                 (floor (* 100 (/ free (float allocated)))))))))
 209 \f
 210 ;;;; wrapper cache numbers
 211
 212 ;;; The constant WRAPPER-CACHE-NUMBER-ADDS-OK controls the number of
 213 ;;; non-zero bits wrapper cache numbers will have.
 214 ;;;
 215 ;;; The value of this constant is the number of wrapper cache numbers
 216 ;;; which can be added and still be certain the result will be a
 217 ;;; fixnum. This is used by all the code that computes primary cache
 218 ;;; locations from multiple wrappers.
 219 ;;;
 220 ;;; The value of this constant is used to derive the next two which
 221 ;;; are the forms of this constant which it is more convenient for the
 222 ;;; runtime code to use.
 223 (defconstant wrapper-cache-number-length
 224   (integer-length sb-kernel:layout-clos-hash-max))
 225 (defconstant wrapper-cache-number-mask sb-kernel:layout-clos-hash-max)
 226 (defconstant wrapper-cache-number-adds-ok
 227   (truncate most-positive-fixnum sb-kernel:layout-clos-hash-max))
 228 \f
 229 ;;;; wrappers themselves
 230
 231 ;;; This caching algorithm requires that wrappers have more than one
 232 ;;; wrapper cache number. You should think of these multiple numbers
 233 ;;; as being in columns. That is, for a given cache, the same column
 234 ;;; of wrapper cache numbers will be used.
 235 ;;;
 236 ;;; If at some point the cache distribution of a cache gets bad, the
 237 ;;; cache can be rehashed by switching to a different column.
 238 ;;;
 239 ;;; The columns are referred to by field number which is that number
 240 ;;; which, when used as a second argument to wrapper-ref, will return
 241 ;;; that column of wrapper cache number.
 242 ;;;
 243 ;;; This code is written to allow flexibility as to how many wrapper
 244 ;;; cache numbers will be in each wrapper, and where they will be
 245 ;;; located. It is also set up to allow port specific modifications to
 246 ;;; `pack' the wrapper cache numbers on machines where the addressing
 247 ;;; modes make that a good idea.
 248
 249 ;;; In SBCL, as in CMU CL, we want to do type checking as early as
 250 ;;; possible; structures help this. The structures are hard-wired to
 251 ;;; have a fixed number of cache hash values, and that number must
 252 ;;; correspond to the number of cache lines we use.
 253 (defconstant wrapper-cache-number-vector-length
 254   sb-kernel:layout-clos-hash-length)
 255
 256 (unless (boundp '*the-class-t*)
 257   (setq *the-class-t* nil))
 258
 259 ;;; Note that for SBCL, as for CMU CL, the WRAPPER of a built-in or
 260 ;;; structure class will be some other kind of SB-KERNEL:LAYOUT, but
 261 ;;; this shouldn't matter, since the only two slots that WRAPPER adds
 262 ;;; are meaningless in those cases.
 263 (defstruct (wrapper
 264             (:include sb-kernel:layout
 265                       ;; KLUDGE: In CMU CL, the initialization default
 266                       ;; for LAYOUT-INVALID was NIL. In SBCL, that has
 267                       ;; changed to :UNINITIALIZED, but PCL code might
 268                       ;; still expect NIL for the initialization
 269                       ;; default of WRAPPER-INVALID. Instead of trying
 270                       ;; to find out, I just overrode the LAYOUT
 271                       ;; default here. -- WHN 19991204
 272                       (invalid nil))
 273             (:conc-name %wrapper-)
 274             (:constructor make-wrapper-internal)
 275             (:copier nil))
 276   (instance-slots-layout nil :type list)
 277   (class-slots nil :type list))
 278 #-sb-fluid (declaim (sb-ext:freeze-type wrapper))
 279
 280 (defmacro wrapper-class (wrapper)
 281   `(sb-kernel:class-pcl-class (sb-kernel:layout-class ,wrapper)))
 282 (defmacro wrapper-no-of-instance-slots (wrapper)
 283   `(sb-kernel:layout-length ,wrapper))
 284
 285 ;;; WRAPPER-STATE returns T (not generalized boolean, but T exactly)
 286 ;;; iff the wrapper is valid. Any other return value denotes some
 287 ;;; invalid state. Special conventions have been set up for certain
 288 ;;; invalid states, e.g. obsoleteness or flushedness, but I (WHN
 289 ;;; 19991204) haven't been motivated to reverse engineer them from the
 290 ;;; code and document them here.
 291 ;;;
 292 ;;; FIXME: This is awkward and unmnemonic. There is a function
 293 ;;; (INVALID-WRAPPER-P) to test this return result abstractly for
 294 ;;; invalidness but it's not called consistently; the functions that
 295 ;;; need to know whether a wrapper is invalid often test (EQ
 296 ;;; (WRAPPER-STATE X) T), ick. It would be good to use the abstract
 297 ;;; test instead. It would probably be even better to switch the sense
 298 ;;; of the WRAPPER-STATE function, renaming it to WRAPPER-INVALID and
 299 ;;; making it synonymous with LAYOUT-INVALID. Then the
 300 ;;; INVALID-WRAPPER-P function would become trivial and would go away
 301 ;;; (replaced with WRAPPER-INVALID), since all the various invalid
 302 ;;; wrapper states would become generalized boolean "true" values. --
 303 ;;; WHN 19991204
 304 #-sb-fluid (declaim (inline wrapper-state (setf wrapper-state)))
 305 (defun wrapper-state (wrapper)
 306   (let ((invalid (sb-kernel:layout-invalid wrapper)))
 307     (cond ((null invalid)
 308            t)
 309           ((atom invalid)
 310            ;; some non-PCL object. INVALID is probably :INVALID. We
 311            ;; should arguably compute the new wrapper here instead of
 312            ;; returning NIL, but we don't bother, since
 313            ;; OBSOLETE-INSTANCE-TRAP can't use it.
 314            '(:obsolete nil))
 315           (t
 316            invalid))))
 317 (defun (setf wrapper-state) (new-value wrapper)
 318   (setf (sb-kernel:layout-invalid wrapper)
 319         (if (eq new-value t)
 320             nil
 321           new-value)))
 322
 323 (defmacro wrapper-instance-slots-layout (wrapper)
 324   `(%wrapper-instance-slots-layout ,wrapper))
 325 (defmacro wrapper-class-slots (wrapper)
 326   `(%wrapper-class-slots ,wrapper))
 327 (defmacro wrapper-cache-number-vector (x) x)
 328
 329 ;;; This is called in BRAID when we are making wrappers for classes
 330 ;;; whose slots are not initialized yet, and which may be built-in
 331 ;;; classes. We pass in the class name in addition to the class.
 332 (defun boot-make-wrapper (length name &optional class)
 333   (let ((found (cl:find-class name nil)))
 334     (cond
 335      (found
 336       (unless (sb-kernel:class-pcl-class found)
 337         (setf (sb-kernel:class-pcl-class found) class))
 338       (assert (eq (sb-kernel:class-pcl-class found) class))
 339       (let ((layout (sb-kernel:class-layout found)))
 340         (assert layout)
 341         layout))
 342      (t
 343       (make-wrapper-internal
 344        :length length
 345        :class (sb-kernel:make-standard-class :name name :pcl-class class))))))
 346
 347 ;;; The following variable may be set to a standard-class that has
 348 ;;; already been created by the lisp code and which is to be redefined
 349 ;;; by PCL. This allows standard-classes to be defined and used for
 350 ;;; type testing and dispatch before PCL is loaded.
 351 (defvar *pcl-class-boot* nil)
 352
 353 ;;; In SBCL, as in CMU CL, the layouts (a.k.a wrappers) for built-in
 354 ;;; and structure classes already exist when PCL is initialized, so we
 355 ;;; don't necessarily always make a wrapper. Also, we help maintain
 356 ;;; the mapping between cl:class and pcl::class objects.
 357 (defun make-wrapper (length class)
 358   (cond
 359    ((typep class 'std-class)
 360     (make-wrapper-internal
 361      :length length
 362      :class
 363      (let ((owrap (class-wrapper class)))
 364        (cond (owrap
 365               (sb-kernel:layout-class owrap))
 366              ((*subtypep (class-of class)
 367                          *the-class-standard-class*)
 368               (cond ((and *pcl-class-boot*
 369                           (eq (slot-value class 'name) *pcl-class-boot*))
 370                      (let ((found (cl:find-class (slot-value class 'name))))
 371                        (unless (sb-kernel:class-pcl-class found)
 372                          (setf (sb-kernel:class-pcl-class found) class))
 373                        (assert (eq (sb-kernel:class-pcl-class found) class))
 374                        found))
 375                     (t
 376                      (sb-kernel:make-standard-class :pcl-class class))))
 377              (t
 378               (sb-kernel:make-random-pcl-class :pcl-class class))))))
 379    (t
 380     (let* ((found (cl:find-class (slot-value class 'name)))
 381            (layout (sb-kernel:class-layout found)))
 382       (unless (sb-kernel:class-pcl-class found)
 383         (setf (sb-kernel:class-pcl-class found) class))
 384       (assert (eq (sb-kernel:class-pcl-class found) class))
 385       (assert layout)
 386       layout))))
 387
 388 ;;; FIXME: The immediately following macros could become inline functions.
 389
 390 (defmacro first-wrapper-cache-number-index ()
 391   0)
 392
 393 (defmacro next-wrapper-cache-number-index (field-number)
 394   `(and (< ,field-number #.(1- wrapper-cache-number-vector-length))
 395         (1+ ,field-number)))
 396
 397 (defmacro cache-number-vector-ref (cnv n)
 398   `(wrapper-cache-number-vector-ref ,cnv ,n))
 399
 400 (defmacro wrapper-cache-number-vector-ref (wrapper n)
 401   `(sb-kernel:layout-clos-hash ,wrapper ,n))
 402
 403 (defmacro class-no-of-instance-slots (class)
 404   `(wrapper-no-of-instance-slots (class-wrapper ,class)))
 405
 406 (defmacro wrapper-class* (wrapper)
 407   `(let ((wrapper ,wrapper))
 408      (or (wrapper-class wrapper)
 409          (find-structure-class
 410           (cl:class-name (sb-kernel:layout-class wrapper))))))
 411
 412 ;;; The wrapper cache machinery provides general mechanism for
 413 ;;; trapping on the next access to any instance of a given class. This
 414 ;;; mechanism is used to implement the updating of instances when the
 415 ;;; class is redefined (MAKE-INSTANCES-OBSOLETE). The same mechanism
 416 ;;; is also used to update generic function caches when there is a
 417 ;;; change to the superclasses of a class.
 418 ;;;
 419 ;;; Basically, a given wrapper can be valid or invalid. If it is
 420 ;;; invalid, it means that any attempt to do a wrapper cache lookup
 421 ;;; using the wrapper should trap. Also, methods on
 422 ;;; SLOT-VALUE-USING-CLASS check the wrapper validity as well. This is
 423 ;;; done by calling CHECK-WRAPPER-VALIDITY.
 424
 425 ;;; FIXME: could become inline function
 426 (defmacro invalid-wrapper-p (wrapper)
 427   `(neq (wrapper-state ,wrapper) t))
 428
 429 (defvar *previous-nwrappers* (make-hash-table))
 430
 431 (defun invalidate-wrapper (owrapper state nwrapper)
 432   (ecase state
 433     ((:flush :obsolete)
 434      (let ((new-previous ()))
 435        ;; First off, a previous call to INVALIDATE-WRAPPER may have
 436        ;; recorded OWRAPPER as an NWRAPPER to update to. Since
 437        ;; OWRAPPER is about to be invalid, it no longer makes sense to
 438        ;; update to it.
 439        ;;
 440        ;; We go back and change the previously invalidated wrappers so
 441        ;; that they will now update directly to NWRAPPER. This
 442        ;; corresponds to a kind of transitivity of wrapper updates.
 443        (dolist (previous (gethash owrapper *previous-nwrappers*))
 444          (when (eq state ':obsolete)
 445            (setf (car previous) ':obsolete))
 446          (setf (cadr previous) nwrapper)
 447          (push previous new-previous))
 448
 449        (let ((ocnv (wrapper-cache-number-vector owrapper)))
 450          (dotimes (i sb-kernel:layout-clos-hash-length)
 451            (setf (cache-number-vector-ref ocnv i) 0)))
 452        (push (setf (wrapper-state owrapper) (list state nwrapper))
 453              new-previous)
 454
 455        (setf (gethash owrapper *previous-nwrappers*) ()
 456              (gethash nwrapper *previous-nwrappers*) new-previous)))))
 457
 458 (defun check-wrapper-validity (instance)
 459   (let* ((owrapper (wrapper-of instance))
 460          (state (wrapper-state owrapper)))
 461     (if (eq state t)
 462         owrapper
 463         (let ((nwrapper
 464                 (ecase (car state)
 465                   (:flush
 466                     (flush-cache-trap owrapper (cadr state) instance))
 467                   (:obsolete
 468                     (obsolete-instance-trap owrapper (cadr state) instance)))))
 469           ;; This little bit of error checking is superfluous. It only
 470           ;; checks to see whether the person who implemented the trap
 471           ;; handling screwed up. Since that person is hacking
 472           ;; internal PCL code, and is not a user, this should be
 473           ;; needless. Also, since this directly slows down instance
 474           ;; update and generic function cache refilling, feel free to
 475           ;; take it out sometime soon.
 476           ;;
 477           ;; FIXME: We probably need to add a #+SB-PARANOID feature to
 478           ;; make stuff like this optional. Until then, it stays in.
 479           (cond ((neq nwrapper (wrapper-of instance))
 480                  (error "wrapper returned from trap not wrapper of instance"))
 481                 ((invalid-wrapper-p nwrapper)
 482                  (error "wrapper returned from trap invalid")))
 483           nwrapper))))
 484
 485 (defmacro check-wrapper-validity1 (object)
 486   (let ((owrapper (gensym)))
 487     `(let ((,owrapper (sb-kernel:layout-of object)))
 488        (if (sb-kernel:layout-invalid ,owrapper)
 489            (check-wrapper-validity ,object)
 490            ,owrapper))))
 491 \f
 492 (defvar *free-caches* nil)
 493
 494 (defun get-cache (nkeys valuep limit-fn nlines)
 495   (let ((cache (or (sb-sys:without-interrupts (pop *free-caches*))
 496                    (make-cache))))
 497     (declare (type cache cache))
 498     (multiple-value-bind (cache-mask actual-size line-size nlines)
 499         (compute-cache-parameters nkeys valuep nlines)
 500       (setf (cache-nkeys cache) nkeys
 501             (cache-valuep cache) valuep
 502             (cache-nlines cache) nlines
 503             (cache-field cache) (first-wrapper-cache-number-index)
 504             (cache-limit-fn cache) limit-fn
 505             (cache-mask cache) cache-mask
 506             (cache-size cache) actual-size
 507             (cache-line-size cache) line-size
 508             (cache-max-location cache) (let ((line (1- nlines)))
 509                                          (if (= nkeys 1)
 510                                              (* line line-size)
 511                                              (1+ (* line line-size))))
 512             (cache-vector cache) (get-cache-vector actual-size)
 513             (cache-overflow cache) nil)
 514       cache)))
 515
 516 (defun get-cache-from-cache (old-cache new-nlines
 517                              &optional (new-field (first-wrapper-cache-number-index)))
 518   (let ((nkeys (cache-nkeys old-cache))
 519         (valuep (cache-valuep old-cache))
 520         (cache (or (sb-sys:without-interrupts (pop *free-caches*))
 521                    (make-cache))))
 522     (declare (type cache cache))
 523     (multiple-value-bind (cache-mask actual-size line-size nlines)
 524         (if (= new-nlines (cache-nlines old-cache))
 525             (values (cache-mask old-cache) (cache-size old-cache)
 526                     (cache-line-size old-cache) (cache-nlines old-cache))
 527             (compute-cache-parameters nkeys valuep new-nlines))
 528       (setf (cache-owner cache) (cache-owner old-cache)
 529             (cache-nkeys cache) nkeys
 530             (cache-valuep cache) valuep
 531             (cache-nlines cache) nlines
 532             (cache-field cache) new-field
 533             (cache-limit-fn cache) (cache-limit-fn old-cache)
 534             (cache-mask cache) cache-mask
 535             (cache-size cache) actual-size
 536             (cache-line-size cache) line-size
 537             (cache-max-location cache) (let ((line (1- nlines)))
 538                                          (if (= nkeys 1)
 539                                              (* line line-size)
 540                                              (1+ (* line line-size))))
 541             (cache-vector cache) (get-cache-vector actual-size)
 542             (cache-overflow cache) nil)
 543       cache)))
 544
 545 (defun copy-cache (old-cache)
 546   (let* ((new-cache (copy-cache-internal old-cache))
 547          (size (cache-size old-cache))
 548          (old-vector (cache-vector old-cache))
 549          (new-vector (get-cache-vector size)))
 550     (declare (simple-vector old-vector new-vector))
 551     (dotimes-fixnum (i size)
 552       (setf (svref new-vector i) (svref old-vector i)))
 553     (setf (cache-vector new-cache) new-vector)
 554     new-cache))
 555
 556 (defun free-cache (cache)
 557   (free-cache-vector (cache-vector cache))
 558   (setf (cache-vector cache) #())
 559   (setf (cache-owner cache) nil)
 560   (push cache *free-caches*)
 561   nil)
 562
 563 (defun compute-line-size (x)
 564   (power-of-two-ceiling x))
 565
 566 (defun compute-cache-parameters (nkeys valuep nlines-or-cache-vector)
 567   ;;(declare (values cache-mask actual-size line-size nlines))
 568   (declare (fixnum nkeys))
 569   (if (= nkeys 1)
 570       (let* ((line-size (if valuep 2 1))
 571              (cache-size (if (typep nlines-or-cache-vector 'fixnum)
 572                              (the fixnum
 573                                   (* line-size
 574                                      (the fixnum
 575                                           (power-of-two-ceiling
 576                                             nlines-or-cache-vector))))
 577                              (cache-vector-size nlines-or-cache-vector))))
 578         (declare (fixnum line-size cache-size))
 579         (values (logxor (the fixnum (1- cache-size)) (the fixnum (1- line-size)))
 580                 cache-size
 581                 line-size
 582                 (the fixnum (floor cache-size line-size))))
 583       (let* ((line-size (power-of-two-ceiling (if valuep (1+ nkeys) nkeys)))
 584              (cache-size (if (typep nlines-or-cache-vector 'fixnum)
 585                              (the fixnum
 586                                   (* line-size
 587                                      (the fixnum
 588                                           (power-of-two-ceiling
 589                                             nlines-or-cache-vector))))
 590                              (1- (cache-vector-size nlines-or-cache-vector)))))
 591         (declare (fixnum line-size cache-size))
 592         (values (logxor (the fixnum (1- cache-size)) (the fixnum (1- line-size)))
 593                 (the fixnum (1+ cache-size))
 594                 line-size
 595                 (the fixnum (floor cache-size line-size))))))
 596 \f
 597 ;;; the various implementations of computing a primary cache location from
 598 ;;; wrappers. Because some implementations of this must run fast there are
 599 ;;; several implementations of the same algorithm.
 600 ;;;
 601 ;;; The algorithm is:
 602 ;;;
 603 ;;;  SUM       over the wrapper cache numbers,
 604 ;;;  ENSURING  that the result is a fixnum
 605 ;;;  MASK      the result against the mask argument.
 606
 607 ;;; The basic functional version. This is used by the cache miss code to
 608 ;;; compute the primary location of an entry.
 609 (defun compute-primary-cache-location (field mask wrappers)
 610
 611   (declare (type field-type field) (fixnum mask))
 612   (if (not (listp wrappers))
 613       (logand mask
 614               (the fixnum (wrapper-cache-number-vector-ref wrappers field)))
 615       (let ((location 0) (i 0))
 616         (declare (fixnum location i))
 617         (dolist (wrapper wrappers)
 618           ;; First add the cache number of this wrapper to location.
 619           (let ((wrapper-cache-number (wrapper-cache-number-vector-ref wrapper
 620                                                                        field)))
 621             (declare (fixnum wrapper-cache-number))
 622             (if (zerop wrapper-cache-number)
 623                 (return-from compute-primary-cache-location 0)
 624                 (setq location
 625                       (the fixnum (+ location wrapper-cache-number)))))
 626           ;; Then, if we are working with lots of wrappers, deal with
 627           ;; the wrapper-cache-number-mask stuff.
 628           (when (and (not (zerop i))
 629                      (zerop (mod i wrapper-cache-number-adds-ok)))
 630             (setq location
 631                   (logand location wrapper-cache-number-mask)))
 632           (incf i))
 633         (the fixnum (1+ (logand mask location))))))
 634
 635 ;;; This version is called on a cache line. It fetches the wrappers
 636 ;;; from the cache line and determines the primary location. Various
 637 ;;; parts of the cache filling code call this to determine whether it
 638 ;;; is appropriate to displace a given cache entry.
 639 ;;;
 640 ;;; If this comes across a wrapper whose CACHE-NO is 0, it returns the
 641 ;;; symbol invalid to suggest to its caller that it would be provident
 642 ;;; to blow away the cache line in question.
 643 (defun compute-primary-cache-location-from-location (to-cache
 644                                                      from-location
 645                                                      &optional
 646                                                      (from-cache to-cache))
 647   (declare (type cache to-cache from-cache) (fixnum from-location))
 648   (let ((result 0)
 649         (cache-vector (cache-vector from-cache))
 650         (field (cache-field to-cache))
 651         (mask (cache-mask to-cache))
 652         (nkeys (cache-nkeys to-cache)))
 653     (declare (type field-type field) (fixnum result mask nkeys)
 654              (simple-vector cache-vector))
 655     (dotimes-fixnum (i nkeys)
 656       (let* ((wrapper (cache-vector-ref cache-vector (+ i from-location)))
 657              (wcn (wrapper-cache-number-vector-ref wrapper field)))
 658         (declare (fixnum wcn))
 659         (setq result (+ result wcn)))
 660       (when (and (not (zerop i))
 661                  (zerop (mod i wrapper-cache-number-adds-ok)))
 662         (setq result (logand result wrapper-cache-number-mask))))
 663     (if (= nkeys 1)
 664         (logand mask result)
 665         (the fixnum (1+ (logand mask result))))))
 666 \f
 667 ;;;  NIL              means nothing so far, no actual arg info has NILs
 668 ;;;                in the metatype
 669 ;;;  CLASS          seen all sorts of metaclasses
 670 ;;;                (specifically, more than one of the next 4 values)
 671 ;;;  T          means everything so far is the class T
 672 ;;;  STANDARD-CLASS   seen only standard classes
 673 ;;;  BUILT-IN-CLASS   seen only built in classes
 674 ;;;  STRUCTURE-CLASS  seen only structure classes
 675 (defun raise-metatype (metatype new-specializer)
 676   (let ((slot      (find-class 'slot-class))
 677         (std       (find-class 'std-class))
 678         (standard  (find-class 'standard-class))
 679         (fsc       (find-class 'funcallable-standard-class))
 680         (structure (find-class 'structure-class))
 681         (built-in  (find-class 'built-in-class)))
 682     (flet ((specializer->metatype (x)
 683              (let ((meta-specializer
 684                      (if (eq *boot-state* 'complete)
 685                          (class-of (specializer-class x))
 686                          (class-of x))))
 687                (cond ((eq x *the-class-t*) t)
 688                      ((*subtypep meta-specializer std)
 689                       'standard-instance)
 690                      ((*subtypep meta-specializer standard)
 691                       'standard-instance)
 692                      ((*subtypep meta-specializer fsc)
 693                       'standard-instance)
 694                      ((*subtypep meta-specializer structure)
 695                       'structure-instance)
 696                      ((*subtypep meta-specializer built-in)
 697                       'built-in-instance)
 698                      ((*subtypep meta-specializer slot)
 699                       'slot-instance)
 700                      (t (error "PCL cannot handle the specializer ~S (meta-specializer ~S)."
 701                                new-specializer
 702                                meta-specializer))))))
 703       ;; We implement the following table. The notation is
 704       ;; that X and Y are distinct meta specializer names.
 705       ;;
 706       ;;   NIL    <anything>    ===>  <anything>
 707       ;;    X      X        ===>      X
 708       ;;    X      Y        ===>    CLASS
 709       (let ((new-metatype (specializer->metatype new-specializer)))
 710         (cond ((eq new-metatype 'slot-instance) 'class)
 711               ((null metatype) new-metatype)
 712               ((eq metatype new-metatype) new-metatype)
 713               (t 'class))))))
 714
 715 (defmacro with-dfun-wrappers ((args metatypes)
 716                               (dfun-wrappers invalid-wrapper-p
 717                                              &optional wrappers classes types)
 718                               invalid-arguments-form
 719                               &body body)
 720   `(let* ((args-tail ,args) (,invalid-wrapper-p nil) (invalid-arguments-p nil)
 721           (,dfun-wrappers nil) (dfun-wrappers-tail nil)
 722           ,@(when wrappers
 723               `((wrappers-rev nil) (types-rev nil) (classes-rev nil))))
 724      (dolist (mt ,metatypes)
 725        (unless args-tail
 726          (setq invalid-arguments-p t)
 727          (return nil))
 728        (let* ((arg (pop args-tail))
 729               (wrapper nil)
 730               ,@(when wrappers
 731                   `((class *the-class-t*)
 732                     (type t))))
 733          (unless (eq mt t)
 734            (setq wrapper (wrapper-of arg))
 735            (when (invalid-wrapper-p wrapper)
 736              (setq ,invalid-wrapper-p t)
 737              (setq wrapper (check-wrapper-validity arg)))
 738            (cond ((null ,dfun-wrappers)
 739                   (setq ,dfun-wrappers wrapper))
 740                  ((not (consp ,dfun-wrappers))
 741                   (setq dfun-wrappers-tail (list wrapper))
 742                   (setq ,dfun-wrappers (cons ,dfun-wrappers dfun-wrappers-tail)))
 743                  (t
 744                   (let ((new-dfun-wrappers-tail (list wrapper)))
 745                     (setf (cdr dfun-wrappers-tail) new-dfun-wrappers-tail)
 746                     (setf dfun-wrappers-tail new-dfun-wrappers-tail))))
 747            ,@(when wrappers
 748                `((setq class (wrapper-class* wrapper))
 749                  (setq type `(class-eq ,class)))))
 750          ,@(when wrappers
 751              `((push wrapper wrappers-rev)
 752                (push class classes-rev)
 753                (push type types-rev)))))
 754      (if invalid-arguments-p
 755          ,invalid-arguments-form
 756          (let* (,@(when wrappers
 757                     `((,wrappers (nreverse wrappers-rev))
 758                       (,classes (nreverse classes-rev))
 759                       (,types (mapcar #'(lambda (class)
 760                                           `(class-eq ,class))
 761                                       ,classes)))))
 762            ,@body))))
 763 \f
 764 ;;;; some support stuff for getting a hold of symbols that we need when
 765 ;;;; building the discriminator codes. It's OK for these to be interned
 766 ;;;; symbols because we don't capture any user code in the scope in which
 767 ;;;; these symbols are bound.
 768
 769 (defvar *dfun-arg-symbols* '(.ARG0. .ARG1. .ARG2. .ARG3.))
 770
 771 (defun dfun-arg-symbol (arg-number)
 772   (or (nth arg-number (the list *dfun-arg-symbols*))
 773       (intern (format nil ".ARG~A." arg-number) *pcl-package*)))
 774
 775 (defvar *slot-vector-symbols* '(.SLOTS0. .SLOTS1. .SLOTS2. .SLOTS3.))
 776
 777 (defun slot-vector-symbol (arg-number)
 778   (or (nth arg-number (the list *slot-vector-symbols*))
 779       (intern (format nil ".SLOTS~A." arg-number) *pcl-package*)))
 780
 781 (defun make-dfun-lambda-list (metatypes applyp)
 782   (gathering1 (collecting)
 783     (iterate ((i (interval :from 0))
 784               (s (list-elements metatypes)))
 785       (progn s)
 786       (gather1 (dfun-arg-symbol i)))
 787     (when applyp
 788       (gather1 '&rest)
 789       (gather1 '.dfun-rest-arg.))))
 790
 791 (defun make-dlap-lambda-list (metatypes applyp)
 792   (gathering1 (collecting)
 793     (iterate ((i (interval :from 0))
 794               (s (list-elements metatypes)))
 795       (progn s)
 796       (gather1 (dfun-arg-symbol i)))
 797     (when applyp
 798       (gather1 '&rest))))
 799
 800 (defun make-emf-call (metatypes applyp fn-variable &optional emf-type)
 801   (let ((required
 802          (gathering1 (collecting)
 803             (iterate ((i (interval :from 0))
 804                       (s (list-elements metatypes)))
 805               (progn s)
 806               (gather1 (dfun-arg-symbol i))))))
 807     `(,(if (eq emf-type 'fast-method-call)
 808            'invoke-effective-method-function-fast
 809            'invoke-effective-method-function)
 810       ,fn-variable ,applyp ,@required ,@(when applyp `(.dfun-rest-arg.)))))
 811
 812 (defun make-dfun-call (metatypes applyp fn-variable)
 813   (let ((required
 814           (gathering1 (collecting)
 815             (iterate ((i (interval :from 0))
 816                       (s (list-elements metatypes)))
 817               (progn s)
 818               (gather1 (dfun-arg-symbol i))))))
 819     (if applyp
 820         `(function-apply   ,fn-variable ,@required .dfun-rest-arg.)
 821         `(function-funcall ,fn-variable ,@required))))
 822
 823 (defun make-dfun-arg-list (metatypes applyp)
 824   (let ((required
 825           (gathering1 (collecting)
 826             (iterate ((i (interval :from 0))
 827                       (s (list-elements metatypes)))
 828               (progn s)
 829               (gather1 (dfun-arg-symbol i))))))
 830     (if applyp
 831         `(list* ,@required .dfun-rest-arg.)
 832         `(list ,@required))))
 833
 834 (defun make-fast-method-call-lambda-list (metatypes applyp)
 835   (gathering1 (collecting)
 836     (gather1 '.pv-cell.)
 837     (gather1 '.next-method-call.)
 838     (iterate ((i (interval :from 0))
 839               (s (list-elements metatypes)))
 840       (progn s)
 841       (gather1 (dfun-arg-symbol i)))
 842     (when applyp
 843       (gather1 '.dfun-rest-arg.))))
 844 \f
 845 ;;;; a comment from some PCL implementor:
 846 ;;;;     Its too bad Common Lisp compilers freak out when you have a
 847 ;;;;   DEFUN with a lot of LABELS in it. If I could do that I could
 848 ;;;;   make this code much easier to read and work with.
 849 ;;;;     Ahh Scheme...
 850 ;;;;     In the absence of that, the following little macro makes the
 851 ;;;;   code that follows a little bit more reasonable. I would like to
 852 ;;;;   add that having to practically write my own compiler in order to
 853 ;;;;   get just this simple thing is something of a drag.
 854 ;;;;
 855 ;;;; KLUDGE: Maybe we could actually implement this as LABELS now,
 856 ;;;; since AFAIK CMU CL doesn't freak out when you have a DEFUN with a
 857 ;;;; lot of LABELS in it (and if it does we can fix it instead of
 858 ;;;; working around it). -- WHN 19991204
 859
 860 (eval-when (:compile-toplevel :load-toplevel :execute)
 861
 862 (defvar *cache* nil)
 863
 864 ;;; FIXME: should be undefined after bootstrapping
 865 (defparameter *local-cache-functions*
 866   '((cache () .cache.)
 867     (nkeys () (cache-nkeys .cache.))
 868     (line-size () (cache-line-size .cache.))
 869     (vector () (cache-vector .cache.))
 870     (valuep () (cache-valuep .cache.))
 871     (nlines () (cache-nlines .cache.))
 872     (max-location () (cache-max-location .cache.))
 873     (limit-fn () (cache-limit-fn .cache.))
 874     (size () (cache-size .cache.))
 875     (mask () (cache-mask .cache.))
 876     (field () (cache-field .cache.))
 877     (overflow () (cache-overflow .cache.))
 878
 879     ;; Return T IFF this cache location is reserved. The only time
 880     ;; this is true is for line number 0 of an nkeys=1 cache.
 881     (line-reserved-p (line)
 882       (declare (fixnum line))
 883       (and (= (nkeys) 1)
 884            (= line 0)))
 885     (location-reserved-p (location)
 886       (declare (fixnum location))
 887       (and (= (nkeys) 1)
 888            (= location 0)))
 889     ;; Given a line number, return the cache location. This is the
 890     ;; value that is the second argument to cache-vector-ref. Basically,
 891     ;; this deals with the offset of nkeys>1 caches and multiplies
 892     ;; by line size.
 893     (line-location (line)
 894       (declare (fixnum line))
 895       (when (line-reserved-p line)
 896         (error "Line is reserved."))
 897       (if (= (nkeys) 1)
 898           (the fixnum (* line (line-size)))
 899           (the fixnum (1+ (the fixnum (* line (line-size)))))))
 900
 901     ;; Given a cache location, return the line. This is the inverse
 902     ;; of LINE-LOCATION.
 903     (location-line (location)
 904       (declare (fixnum location))
 905       (if (= (nkeys) 1)
 906           (floor location (line-size))
 907           (floor (the fixnum (1- location)) (line-size))))
 908
 909     ;; Given a line number, return the wrappers stored at that line.
 910     ;; As usual, if nkeys=1, this returns a single value. Only when
 911     ;; nkeys>1 does it return a list. An error is signalled if the
 912     ;; line is reserved.
 913     (line-wrappers (line)
 914       (declare (fixnum line))
 915       (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
 916       (location-wrappers (line-location line)))
 917     (location-wrappers (location) ; avoid multiplies caused by line-location
 918       (declare (fixnum location))
 919       (if (= (nkeys) 1)
 920           (cache-vector-ref (vector) location)
 921           (let ((list (make-list (nkeys)))
 922                 (vector (vector)))
 923             (declare (simple-vector vector))
 924             (dotimes-fixnum (i (nkeys) list)
 925               (setf (nth i list) (cache-vector-ref vector (+ location i)))))))
 926
 927     ;; Given a line number, return true IFF the line's
 928     ;; wrappers are the same as wrappers.
 929     (line-matches-wrappers-p (line wrappers)
 930       (declare (fixnum line))
 931       (and (not (line-reserved-p line))
 932            (location-matches-wrappers-p (line-location line) wrappers)))
 933     (location-matches-wrappers-p (loc wrappers) ; must not be reserved
 934       (declare (fixnum loc))
 935       (let ((cache-vector (vector)))
 936         (declare (simple-vector cache-vector))
 937         (if (= (nkeys) 1)
 938             (eq wrappers (cache-vector-ref cache-vector loc))
 939             (dotimes-fixnum (i (nkeys) t)
 940               (unless (eq (pop wrappers)
 941                           (cache-vector-ref cache-vector (+ loc i)))
 942                 (return nil))))))
 943
 944     ;; Given a line number, return the value stored at that line.
 945     ;; If valuep is NIL, this returns NIL. As with line-wrappers,
 946     ;; an error is signalled if the line is reserved.
 947     (line-value (line)
 948       (declare (fixnum line))
 949       (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
 950       (location-value (line-location line)))
 951     (location-value (loc)
 952       (declare (fixnum loc))
 953       (and (valuep)
 954            (cache-vector-ref (vector) (+ loc (nkeys)))))
 955
 956     ;; Given a line number, return true iff that line has data in
 957     ;; it. The state of the wrappers stored in the line is not
 958     ;; checked. An error is signalled if line is reserved.
 959     (line-full-p (line)
 960       (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
 961       (not (null (cache-vector-ref (vector) (line-location line)))))
 962
 963     ;; Given a line number, return true iff the line is full and
 964     ;; there are no invalid wrappers in the line, and the line's
 965     ;; wrappers are different from wrappers.
 966     ;; An error is signalled if the line is reserved.
 967     (line-valid-p (line wrappers)
 968       (declare (fixnum line))
 969       (when (line-reserved-p line) (error "Line is reserved."))
 970       (location-valid-p (line-location line) wrappers))
 971     (location-valid-p (loc wrappers)
 972       (declare (fixnum loc))
 973       (let ((cache-vector (vector))
 974             (wrappers-mismatch-p (null wrappers)))
 975         (declare (simple-vector cache-vector))
 976         (dotimes-fixnum (i (nkeys) wrappers-mismatch-p)
 977           (let ((wrapper (cache-vector-ref cache-vector (+ loc i))))
 978             (when (or (null wrapper)
 979                       (invalid-wrapper-p wrapper))
 980               (return nil))
 981             (unless (and wrappers
 982                          (eq wrapper
 983                              (if (consp wrappers) (pop wrappers) wrappers)))
 984               (setq wrappers-mismatch-p t))))))
 985
 986     ;; how many unreserved lines separate line-1 and line-2
 987     (line-separation (line-1 line-2)
 988      (declare (fixnum line-1 line-2))
 989      (let ((diff (the fixnum (- line-2 line-1))))
 990        (declare (fixnum diff))
 991        (when (minusp diff)
 992          (setq diff (+ diff (nlines)))
 993          (when (line-reserved-p 0)
 994            (setq diff (1- diff))))
 995        diff))
 996
 997     ;; Given a cache line, get the next cache line. This will not
 998     ;; return a reserved line.
 999     (next-line (line)
1000      (declare (fixnum line))
1001      (if (= line (the fixnum (1- (nlines))))
1002          (if (line-reserved-p 0) 1 0)
1003          (the fixnum (1+ line))))
1004     (next-location (loc)
1005       (declare (fixnum loc))
1006       (if (= loc (max-location))
1007           (if (= (nkeys) 1)
1008               (line-size)
1009               1)
1010           (the fixnum (+ loc (line-size)))))
1011
1012     ;; Given a line which has a valid entry in it, this will return
1013     ;; the primary cache line of the wrappers in that line. We just
1014     ;; call COMPUTE-PRIMARY-CACHE-LOCATION-FROM-LOCATION, this is an
1015     ;; easier packaging up of the call to it.
1016     (line-primary (line)
1017       (declare (fixnum line))
1018       (location-line (line-primary-location line)))
1019     (line-primary-location (line)
1020      (declare (fixnum line))
1021      (compute-primary-cache-location-from-location
1022        (cache) (line-location line)))))
1023
1024 (defmacro with-local-cache-functions ((cache) &body body)
1025   `(let ((.cache. ,cache))
1026      (declare (type cache .cache.))
1027      (macrolet ,(mapcar #'(lambda (fn)
1028                             `(,(car fn) ,(cadr fn)
1029                                 `(let (,,@(mapcar #'(lambda (var)
1030                                                       ``(,',var ,,var))
1031                                                   (cadr fn)))
1032                                     ,@',(cddr fn))))
1033                         *local-cache-functions*)
1034        ,@body)))
1035
1036 ) ; EVAL-WHEN
1037 \f
1038 ;;; Here is where we actually fill, recache and expand caches.
1039 ;;;
1040 ;;; The functions FILL-CACHE and PROBE-CACHE are the ONLY external
1041 ;;; entrypoints into this code.
1042 ;;;
1043 ;;; FILL-CACHE returns 1 value: a new cache
1044 ;;;
1045 ;;;   a wrapper field number
1046 ;;;   a cache
1047 ;;;   a mask
1048 ;;;   an absolute cache size (the size of the actual vector)
1049 ;;; It tries to re-adjust the cache every time it makes a new fill.
1050 ;;; The intuition here is that we want uniformity in the number of
1051 ;;; probes needed to find an entry. Furthermore, adjusting has the
1052 ;;; nice property of throwing out any entries that are invalid.
1053 (defvar *cache-expand-threshold* 1.25)
1054
1055 (defun fill-cache (cache wrappers value &optional free-cache-p)
1056
1057   ;; FILL-CACHE won't return if WRAPPERS is nil, might as well check..
1058   (unless wrappers
1059     (error "fill-cache: WRAPPERS arg is NIL!"))
1060
1061   (or (fill-cache-p nil cache wrappers value)
1062       (and (< (ceiling (* (cache-count cache) 1.25))
1063               (if (= (cache-nkeys cache) 1)
1064                   (1- (cache-nlines cache))
1065                   (cache-nlines cache)))
1066            (adjust-cache cache wrappers value free-cache-p))
1067       (expand-cache cache wrappers value free-cache-p)))
1068
1069 (defvar *check-cache-p* nil)
1070
1071 (defmacro maybe-check-cache (cache)
1072   `(progn
1073      (when *check-cache-p*
1074        (check-cache ,cache))
1075      ,cache))
1076
1077 (defun check-cache (cache)
1078   (with-local-cache-functions (cache)
1079     (let ((location (if (= (nkeys) 1) 0 1))
1080           (limit (funcall (limit-fn) (nlines))))
1081       (dotimes-fixnum (i (nlines) cache)
1082         (when (and (not (location-reserved-p location))
1083                    (line-full-p i))
1084           (let* ((home-loc (compute-primary-cache-location-from-location
1085                             cache location))
1086                  (home (location-line (if (location-reserved-p home-loc)
1087                                           (next-location home-loc)
1088                                           home-loc)))
1089                  (sep (when home (line-separation home i))))
1090             (when (and sep (> sep limit))
1091               (error "bad cache ~S ~@
1092                       value at location ~D: ~D lines from its home. The limit is ~D."
1093                      cache location sep limit))))
1094         (setq location (next-location location))))))
1095
1096 (defun probe-cache (cache wrappers &optional default limit-fn)
1097   ;;(declare (values value))
1098   (unless wrappers
1099     ;; FIXME: This and another earlier test on a WRAPPERS arg can
1100     ;; be compact assertoids.
1101     (error "WRAPPERS arg is NIL!"))
1102   (with-local-cache-functions (cache)
1103     (let* ((location (compute-primary-cache-location (field) (mask) wrappers))
1104            (limit (funcall (or limit-fn (limit-fn)) (nlines))))
1105       (declare (fixnum location limit))
1106       (when (location-reserved-p location)
1107         (setq location (next-location location)))
1108       (dotimes-fixnum (i (1+ limit))
1109         (when (location-matches-wrappers-p location wrappers)
1110           (return-from probe-cache (or (not (valuep))
1111                                        (location-value location))))
1112         (setq location (next-location location)))
1113       (dolist (entry (overflow))
1114         (when (equal (car entry) wrappers)
1115           (return-from probe-cache (or (not (valuep))
1116                                        (cdr entry)))))
1117       default)))
1118
1119 (defun map-cache (function cache &optional set-p)
1120   (with-local-cache-functions (cache)
1121     (let ((set-p (and set-p (valuep))))
1122       (dotimes-fixnum (i (nlines) cache)
1123         (unless (or (line-reserved-p i) (not (line-valid-p i nil)))
1124           (let ((value (funcall function (line-wrappers i) (line-value i))))
1125             (when set-p
1126               (setf (cache-vector-ref (vector) (+ (line-location i) (nkeys)))
1127                     value)))))
1128       (dolist (entry (overflow))
1129         (let ((value (funcall function (car entry) (cdr entry))))
1130           (when set-p
1131             (setf (cdr entry) value))))))
1132   cache)
1133
1134 (defun cache-count (cache)
1135   (with-local-cache-functions (cache)
1136     (let ((count 0))
1137       (declare (fixnum count))
1138       (dotimes-fixnum (i (nlines) count)
1139         (unless (line-reserved-p i)
1140           (when (line-full-p i)
1141             (incf count)))))))
1142
1143 (defun entry-in-cache-p (cache wrappers value)
1144   (declare (ignore value))
1145   (with-local-cache-functions (cache)
1146     (dotimes-fixnum (i (nlines))
1147       (unless (line-reserved-p i)
1148         (when (equal (line-wrappers i) wrappers)
1149           (return t))))))
1150
1151 ;;; returns T or NIL
1152 (defun fill-cache-p (forcep cache wrappers value)
1153   (with-local-cache-functions (cache)
1154     (let* ((location (compute-primary-cache-location (field) (mask) wrappers))
1155            (primary (location-line location)))
1156       (declare (fixnum location primary))
1157       (multiple-value-bind (free emptyp)
1158           (find-free-cache-line primary cache wrappers)
1159         (when (or forcep emptyp)
1160           (when (not emptyp)
1161             (push (cons (line-wrappers free) (line-value free))
1162                   (cache-overflow cache)))
1163           ;;(fill-line free wrappers value)
1164           (let ((line free))
1165             (declare (fixnum line))
1166             (when (line-reserved-p line)
1167               (error "attempt to fill a reserved line"))
1168             (let ((loc (line-location line))
1169                   (cache-vector (vector)))
1170               (declare (fixnum loc) (simple-vector cache-vector))
1171               (cond ((= (nkeys) 1)
1172                      (setf (cache-vector-ref cache-vector loc) wrappers)
1173                      (when (valuep)
1174                        (setf (cache-vector-ref cache-vector (1+ loc)) value)))
1175                     (t
1176                      (let ((i 0))
1177                        (declare (fixnum i))
1178                        (dolist (w wrappers)
1179                          (setf (cache-vector-ref cache-vector (+ loc i)) w)
1180                          (setq i (the fixnum (1+ i)))))
1181                      (when (valuep)
1182                        (setf (cache-vector-ref cache-vector (+ loc (nkeys)))
1183                              value))))
1184               (maybe-check-cache cache))))))))
1185
1186 (defun fill-cache-from-cache-p (forcep cache from-cache from-line)
1187   (declare (fixnum from-line))
1188   (with-local-cache-functions (cache)
1189     (let ((primary (location-line
1190                     (compute-primary-cache-location-from-location
1191                      cache (line-location from-line) from-cache))))
1192       (declare (fixnum primary))
1193       (multiple-value-bind (free emptyp)
1194           (find-free-cache-line primary cache)
1195         (when (or forcep emptyp)
1196           (when (not emptyp)
1197             (push (cons (line-wrappers free) (line-value free))
1198                   (cache-overflow cache)))
1199           ;;(transfer-line from-cache-vector from-line cache-vector free)
1200           (let ((from-cache-vector (cache-vector from-cache))
1201                 (to-cache-vector (vector))
1202                 (to-line free))
1203             (declare (fixnum to-line))
1204             (if (line-reserved-p to-line)
1205                 (error "transferring something into a reserved cache line")
1206                 (let ((from-loc (line-location from-line))
1207                       (to-loc (line-location to-line)))
1208                   (declare (fixnum from-loc to-loc))
1209                   (modify-cache to-cache-vector
1210                                 (dotimes-fixnum (i (line-size))
1211                                   (setf (cache-vector-ref to-cache-vector
1212                                                           (+ to-loc i))
1213                                         (cache-vector-ref from-cache-vector
1214                                                           (+ from-loc i)))))))
1215             (maybe-check-cache cache)))))))
1216
1217 ;;; Returns NIL or (values <field> <cache-vector>)
1218 ;;;
1219 ;;; This is only called when it isn't possible to put the entry in the
1220 ;;; cache the easy way. That is, this function assumes that
1221 ;;; FILL-CACHE-P has been called as returned NIL.
1222 ;;;
1223 ;;; If this returns NIL, it means that it wasn't possible to find a
1224 ;;; wrapper field for which all of the entries could be put in the
1225 ;;; cache (within the limit).
1226 (defun adjust-cache (cache wrappers value free-old-cache-p)
1227   (with-local-cache-functions (cache)
1228     (let ((ncache (get-cache-from-cache cache (nlines) (field))))
1229       (do ((nfield (cache-field ncache) (next-wrapper-cache-number-index nfield)))
1230           ((null nfield) (free-cache ncache) nil)
1231         (setf (cache-field ncache) nfield)
1232         (labels ((try-one-fill-from-line (line)
1233                    (fill-cache-from-cache-p nil ncache cache line))
1234                  (try-one-fill (wrappers value)
1235                    (fill-cache-p nil ncache wrappers value)))
1236           (if (and (dotimes-fixnum (i (nlines) t)
1237                      (when (and (null (line-reserved-p i))
1238                                 (line-valid-p i wrappers))
1239                        (unless (try-one-fill-from-line i) (return nil))))
1240                    (dolist (wrappers+value (cache-overflow cache) t)
1241                      (unless (try-one-fill (car wrappers+value) (cdr wrappers+value))
1242                        (return nil)))
1243                    (try-one-fill wrappers value))
1244               (progn (when free-old-cache-p (free-cache cache))
1245                      (return (maybe-check-cache ncache)))
1246               (flush-cache-vector-internal (cache-vector ncache))))))))
1247
1248 ;;; returns: (values <cache>)
1249 (defun expand-cache (cache wrappers value free-old-cache-p)
1250   ;;(declare (values cache))
1251   (with-local-cache-functions (cache)
1252     (let ((ncache (get-cache-from-cache cache (* (nlines) 2))))
1253       (labels ((do-one-fill-from-line (line)
1254                  (unless (fill-cache-from-cache-p nil ncache cache line)
1255                    (do-one-fill (line-wrappers line) (line-value line))))
1256                (do-one-fill (wrappers value)
1257                  (setq ncache (or (adjust-cache ncache wrappers value t)
1258                                   (fill-cache-p t ncache wrappers value))))
1259                (try-one-fill (wrappers value)
1260                  (fill-cache-p nil ncache wrappers value)))
1261         (dotimes-fixnum (i (nlines))
1262           (when (and (null (line-reserved-p i))
1263                      (line-valid-p i wrappers))
1264             (do-one-fill-from-line i)))
1265         (dolist (wrappers+value (cache-overflow cache))
1266           (unless (try-one-fill (car wrappers+value) (cdr wrappers+value))
1267             (do-one-fill (car wrappers+value) (cdr wrappers+value))))
1268         (unless (try-one-fill wrappers value)
1269           (do-one-fill wrappers value))
1270         (when free-old-cache-p (free-cache cache))
1271         (maybe-check-cache ncache)))))
1272 \f
1273 ;;; This is the heart of the cache filling mechanism. It implements
1274 ;;; the decisions about where entries are placed.
1275 ;;;
1276 ;;; Find a line in the cache at which a new entry can be inserted.
1277 ;;;
1278 ;;;   <line>
1279 ;;;   <empty?>     is <line> in fact empty?
1280 (defun find-free-cache-line (primary cache &optional wrappers)
1281   ;;(declare (values line empty?))
1282   (declare (fixnum primary))
1283   (with-local-cache-functions (cache)
1284     (when (line-reserved-p primary) (setq primary (next-line primary)))
1285     (let ((limit (funcall (limit-fn) (nlines)))
1286           (wrappedp nil)
1287           (lines nil)
1288           (p primary) (s primary))
1289       (declare (fixnum p s limit))
1290       (block find-free
1291         (loop
1292          ;; Try to find a free line starting at <s>. <p> is the
1293          ;; primary line of the entry we are finding a free
1294          ;; line for, it is used to compute the separations.
1295          (do* ((line s (next-line line))
1296                (nsep (line-separation p s) (1+ nsep)))
1297               (())
1298            (declare (fixnum line nsep))
1299            (when (null (line-valid-p line wrappers)) ;If this line is empty or
1300              (push line lines)          ;invalid, just use it.
1301              (return-from find-free))
1302            (when (and wrappedp (>= line primary))
1303              ;; have gone all the way around the cache, time to quit
1304              (return-from find-free-cache-line (values primary nil)))
1305            (let ((osep (line-separation (line-primary line) line)))
1306              (when (>= osep limit)
1307                (return-from find-free-cache-line (values primary nil)))
1308              (when (cond ((= nsep limit) t)
1309                          ((= nsep osep) (zerop (random 2)))
1310                          ((> nsep osep) t)
1311                          (t nil))
1312                ;; See whether we can displace what is in this line so that we
1313                ;; can use the line.
1314                (when (= line (the fixnum (1- (nlines)))) (setq wrappedp t))
1315                (setq p (line-primary line))
1316                (setq s (next-line line))
1317                (push line lines)
1318                (return nil)))
1319            (when (= line (the fixnum (1- (nlines)))) (setq wrappedp t)))))
1320       ;; Do all the displacing.
1321       (loop
1322        (when (null (cdr lines)) (return nil))
1323        (let ((dline (pop lines))
1324              (line (car lines)))
1325          (declare (fixnum dline line))
1326          ;;Copy from line to dline (dline is known to be free).
1327          (let ((from-loc (line-location line))
1328                (to-loc (line-location dline))
1329                (cache-vector (vector)))
1330            (declare (fixnum from-loc to-loc) (simple-vector cache-vector))
1331            (modify-cache cache-vector
1332                          (dotimes-fixnum (i (line-size))
1333                            (setf (cache-vector-ref cache-vector
1334                                                    (+ to-loc i))
1335                                  (cache-vector-ref cache-vector
1336                                                    (+ from-loc i)))
1337                            (setf (cache-vector-ref cache-vector
1338                                                    (+ from-loc i))
1339                                  nil))))))
1340       (values (car lines) t))))
1341
1342 (defun default-limit-fn (nlines)
1343   (case nlines
1344     ((1 2 4) 1)
1345     ((8 16)  4)
1346     (otherwise 6)))
1347
1348 (defvar *empty-cache* (make-cache)) ; for defstruct slot initial value forms
1349 \f
1350 ;;; Pre-allocate generic function caches. The hope is that this will
1351 ;;; put them nicely together in memory, and that that may be a win. Of
1352 ;;; course the first GC copy will probably blow that out, this really
1353 ;;; wants to be wrapped in something that declares the area static.
1354 ;;;
1355 ;;; This preallocation only creates about 25% more caches than PCL
1356 ;;; itself uses. Some ports may want to preallocate some more of
1357 ;;; these.
1358 ;;;
1359 ;;; KLUDGE: Isn't something very similar going on in precom1.lisp? Do
1360 ;;; we need it both here and there? Why? -- WHN 19991203
1361 (eval-when (:load-toplevel)
1362   (dolist (n-size '((1 513)(3 257)(3 129)(14 128)(6 65)(2 64)(7 33)(16 32)
1363                     (16 17)(32 16)(64 9)(64 8)(6 5)(128 4)(35 2)))
1364     (let ((n (car n-size))
1365           (size (cadr n-size)))
1366       (mapcar #'free-cache-vector
1367               (mapcar #'get-cache-vector
1368                       (make-list n :initial-element size))))))
1369
1370 (defun caches-to-allocate ()
1371   (sort (let ((l nil))
1372           (maphash #'(lambda (size entry)
1373                        (push (list (car entry) size) l))
1374                    sb-pcl::*free-caches*)
1375           l)
1376         #'>
1377         :key #'cadr))