xref: /petsc/src/sys/objects/device/impls/segmentedmempool.hpp (revision 127bc8d3d29cc09d2f35f7aa3a4719963c4db172)
10e6b6b59SJacob Faibussowitsch #ifndef PETSC_SEGMENTEDMEMPOOL_HPP
20e6b6b59SJacob Faibussowitsch #define PETSC_SEGMENTEDMEMPOOL_HPP
30e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
40e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/deviceimpl.h>
50e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/cpp/macros.hpp>
60e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/cpp/type_traits.hpp>
70e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/cpp/utility.hpp>
80e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <petsc/private/cpp/register_finalize.hpp>
90e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
100e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <limits>
110e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <deque>
120e6b6b59SJacob Faibussowitsch #include <vector>
130e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
140e6b6b59SJacob Faibussowitsch namespace Petsc {
150e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
160e6b6b59SJacob Faibussowitsch namespace device {
170e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
180e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
190e6b6b59SJacob Faibussowitsch class StreamBase {
200e6b6b59SJacob Faibussowitsch public:
210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using id_type      = int;
220e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using derived_type = T;
230e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
240e6b6b59SJacob Faibussowitsch   static const id_type INVALID_ID;
250e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
260e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // needed so that dependent auto works, see veccupmimpl.h for a detailed discussion
270e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U = T>
280e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD auto get_stream() const noexcept PETSC_DECLTYPE_AUTO_RETURNS(static_cast<const U &>(*this).get_stream_());
290e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
300e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD id_type get_id() const noexcept { return static_cast<const T &>(*this).get_id_(); }
310e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename E>
330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode record_event(E &&event) const noexcept {
340e6b6b59SJacob Faibussowitsch     return static_cast<const T &>(*this).record_event_(std::forward<E>(event));
350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
360e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
370e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename E>
380e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode wait_for_event(E &&event) const noexcept {
390e6b6b59SJacob Faibussowitsch     return static_cast<const T &>(*this).wait_for_(std::forward<E>(event));
400e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
410e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
420e6b6b59SJacob Faibussowitsch protected:
430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   constexpr StreamBase() noexcept = default;
440e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
450e6b6b59SJacob Faibussowitsch   struct default_event_type { };
460e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using default_stream_type = std::nullptr_t;
470e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
480e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static constexpr default_stream_type get_stream_() noexcept { return nullptr; }
490e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
500e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static constexpr id_type get_id_() noexcept { return 0; }
510e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U = T>
530e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static constexpr PetscErrorCode record_event_(const typename U::event_type &) noexcept {
540e6b6b59SJacob Faibussowitsch     return 0;
550e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
560e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
570e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U = T>
580e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static constexpr PetscErrorCode wait_for_(const typename U::event_type &) noexcept {
590e6b6b59SJacob Faibussowitsch     return 0;
600e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
610e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
620e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
630e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
640e6b6b59SJacob Faibussowitsch const typename StreamBase<T>::id_type StreamBase<T>::INVALID_ID = -1;
650e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
660e6b6b59SJacob Faibussowitsch struct DefaultStream : StreamBase<DefaultStream> {
670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using stream_type = typename StreamBase<DefaultStream>::default_stream_type;
680e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using id_type     = typename StreamBase<DefaultStream>::id_type;
690e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using event_type  = typename StreamBase<DefaultStream>::default_event_type;
700e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
710e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
720e6b6b59SJacob Faibussowitsch } // namespace device
730e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
740e6b6b59SJacob Faibussowitsch namespace memory {
750e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
760e6b6b59SJacob Faibussowitsch namespace impl {
770e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
780e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
790e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryChunk
800e6b6b59SJacob Faibussowitsch //
810e6b6b59SJacob Faibussowitsch // Represents a checked-out region of a MemoryBlock. Tracks the offset into the owning
820e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryBlock and its size/capacity
830e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
840e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
850e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename EventType>
860e6b6b59SJacob Faibussowitsch class MemoryChunk {
870e6b6b59SJacob Faibussowitsch public:
880e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using event_type = EventType;
890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using size_type  = std::size_t;
900e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
910e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk(size_type, size_type) noexcept;
920e6b6b59SJacob Faibussowitsch   explicit MemoryChunk(size_type) noexcept;
930e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
940e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk(MemoryChunk &&) noexcept;
950e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk &operator=(MemoryChunk &&) noexcept;
960e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
970e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk(const MemoryChunk &) noexcept            = delete;
980e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk &operator=(const MemoryChunk &) noexcept = delete;
990e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD size_type start() const noexcept { return start_; }
1010e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD size_type size() const noexcept { return size_; }
1020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // REVIEW ME:
1030e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // make this an actual field, normally each chunk shrinks_to_fit() on begin claimed, but in
1040e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // theory only the last chunk needs to do this
1050e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD size_type capacity() const noexcept { return size_; }
1060e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD size_type total_offset() const noexcept { return start() + size(); }
1070e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1080e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
1090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode release(const device::StreamBase<U> *) noexcept;
1100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
1110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode claim(const device::StreamBase<U> *, size_type, bool *, bool = false) noexcept;
1120e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
1130e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD bool           can_claim(const device::StreamBase<U> *, size_type, bool) const noexcept;
1140e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode resize(size_type) noexcept;
1150e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1160e6b6b59SJacob Faibussowitsch private:
1170e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // clang-format off
1180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   event_type      event_{};          // event recorded when the chunk was released
1190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   bool            open_      = true; // is this chunk open?
1200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // id of the last stream to use the chunk, populated on release
1210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   int             stream_id_ = device::DefaultStream::INVALID_ID;
1220e6b6b59SJacob Faibussowitsch   size_type       size_      = 0;    // size of the chunk
1230e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const size_type start_     = 0;    // offset from the start of the owning block
1240e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1250e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // clang-format on
1260e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
1270e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD bool stream_compat_(const device::StreamBase<U> *) const noexcept;
1280e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
1290e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1300e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1310e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryChunk - Private API
1320e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1330e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1340e6b6b59SJacob Faibussowitsch // asks and answers the question: can this stream claim this chunk without serializing?
1350e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
1360e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
1370e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline bool MemoryChunk<E>::stream_compat_(const device::StreamBase<U> *strm) const noexcept {
1380e6b6b59SJacob Faibussowitsch   return (stream_id_ == strm->INVALID_ID) || (stream_id_ == strm->get_id());
1390e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1400e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1410e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1420e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryChunk - Public API
1430e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
1440e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1450e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
1460e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline MemoryChunk<E>::MemoryChunk(size_type start, size_type size) noexcept : size_(size), start_(start) { }
1470e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1480e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
1490e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline MemoryChunk<E>::MemoryChunk(size_type size) noexcept : MemoryChunk(0, size) { }
1500e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1510e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
1520e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline MemoryChunk<E>::MemoryChunk(MemoryChunk<E> &&other) noexcept :
1530e6b6b59SJacob Faibussowitsch   event_(std::move(other.event_)), open_(util::exchange(other.open_, false)), stream_id_(util::exchange(other.stream_id_, device::DefaultStream::INVALID_ID)), size_(util::exchange(other.size_, 0)), start_(std::move(other.start_)) { }
1540e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1550e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
1560e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline MemoryChunk<E> &MemoryChunk<E>::operator=(MemoryChunk<E> &&other) noexcept {
1570e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1580e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (this != &other) {
1590e6b6b59SJacob Faibussowitsch     event_     = std::move(other.event_);
1600e6b6b59SJacob Faibussowitsch     open_      = util::exchange(other.open_, false);
1610e6b6b59SJacob Faibussowitsch     stream_id_ = util::exchange(other.stream_id_, device::DefaultStream::INVALID_ID);
1620e6b6b59SJacob Faibussowitsch     size_      = util::exchange(other.size_, 0);
1630e6b6b59SJacob Faibussowitsch     start_     = std::move(other.start_);
1640e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
1650e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(*this);
1660e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1670e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1680e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
1690e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk::release - release a chunk on a stream
1700e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1710e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameter:
1720e6b6b59SJacob Faibussowitsch . stream - the stream to release the chunk with
1730e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1740e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
1750e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Inserts a release operation on stream and records the state of stream at the time this
1760e6b6b59SJacob Faibussowitsch   routine was called.
1770e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1780e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Future allocation requests which attempt to claim the chunk on the same stream may re-acquire
1790e6b6b59SJacob Faibussowitsch   the chunk without serialization.
1800e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1810e6b6b59SJacob Faibussowitsch   If another stream attempts to claim the chunk they must wait for the recorded event before
1820e6b6b59SJacob Faibussowitsch   claiming the chunk.
1830e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
1840e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
1850e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
1860e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode MemoryChunk<E>::release(const device::StreamBase<U> *stream) noexcept {
1870e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
1880e6b6b59SJacob Faibussowitsch   open_      = true;
1890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   stream_id_ = stream->get_id();
1900e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(stream->record_event(event_));
1910e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
1920e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
1930e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1940e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
1950e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk::claim - attempt to claim a particular chunk
1960e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
1970e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
1980e6b6b59SJacob Faibussowitsch + stream    - the stream on which to attempt to claim
1990e6b6b59SJacob Faibussowitsch . req_size  - the requested size (in elements) to attempt to claim
2000e6b6b59SJacob Faibussowitsch - serialize - (optional, false) whether the claimant allows serialization
2010e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output Parameter:
2030e6b6b59SJacob Faibussowitsch . success - true if the chunk was claimed, false otherwise
2040e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
2050e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
2060e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
2070e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode MemoryChunk<E>::claim(const device::StreamBase<U> *stream, size_type req_size, bool *success, bool serialize) noexcept {
2080e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
2090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if ((*success = can_claim(stream, req_size, serialize))) {
2100e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (serialize && !stream_compat_(stream)) PetscCall(stream->wait_for_event(event_));
2110e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(resize(req_size));
2120e6b6b59SJacob Faibussowitsch     open_ = false;
2130e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
2140e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
2150e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
2160e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2170e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
2180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk::can_claim - test whether a particular chunk can be claimed
2190e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
2210e6b6b59SJacob Faibussowitsch + stream    - the stream on which to attempt to claim
2220e6b6b59SJacob Faibussowitsch . req_size  - the requested size (in elements) to attempt to claim
2230e6b6b59SJacob Faibussowitsch - serialize - whether the claimant allows serialization
2240e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2250e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output:
2260e6b6b59SJacob Faibussowitsch . [return] - true if the chunk is claimable given the configuration, false otherwise
2270e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
2280e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
2290e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
2300e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline bool MemoryChunk<E>::can_claim(const device::StreamBase<U> *stream, size_type req_size, bool serialize) const noexcept {
2310e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (open_ && (req_size <= capacity())) {
2320e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // fully compatible
2330e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (stream_compat_(stream)) return true;
2340e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // stream wasn't compatible, but could claim if we serialized
2350e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (serialize) return true;
2360e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // incompatible stream and did not want to serialize
2370e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
2380e6b6b59SJacob Faibussowitsch   return false;
2390e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
2400e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2410e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
2420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryChunk::resize - grow a chunk to new size
2430e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2440e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameter:
2450e6b6b59SJacob Faibussowitsch . newsize - the new size Requested
2460e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2470e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
2480e6b6b59SJacob Faibussowitsch   newsize cannot be larger than capacity
2490e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
2500e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename E>
2510e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode MemoryChunk<E>::resize(size_type newsize) noexcept {
2520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
2530e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscAssert(newsize <= capacity(), PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_SIZ, "New size %zu larger than capacity %zu", newsize, capacity());
2540e6b6b59SJacob Faibussowitsch   size_ = newsize;
2550e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
2560e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
2570e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2580e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
2590e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryBlock
2600e6b6b59SJacob Faibussowitsch //
2610e6b6b59SJacob Faibussowitsch // A "memory block" manager, which owns the pointer to a particular memory range. Retrieving
2620e6b6b59SJacob Faibussowitsch // and restoring a block is thread-safe (so may be used by multiple device streams).
2630e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
2640e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2650e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename AllocatorType, typename StreamType>
2660e6b6b59SJacob Faibussowitsch class MemoryBlock {
2670e6b6b59SJacob Faibussowitsch public:
2680e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using value_type      = T;
2690e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using allocator_type  = AllocatorType;
2700e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using stream_type     = StreamType;
2710e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using event_type      = typename stream_type::event_type;
2720e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using chunk_type      = MemoryChunk<event_type>;
2730e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using size_type       = typename chunk_type::size_type;
2740e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using chunk_list_type = std::vector<chunk_type>;
2750e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2760e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
2770e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock(allocator_type *, size_type, const device::StreamBase<U> *) noexcept;
2780e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2790e6b6b59SJacob Faibussowitsch   ~MemoryBlock() noexcept(std::is_nothrow_destructible<chunk_list_type>::value);
2800e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2810e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock(MemoryBlock &&) noexcept;
2820e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock &operator=(MemoryBlock &&) noexcept;
2830e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2840e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // memory blocks are not copyable
2850e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock(const MemoryBlock &)            = delete;
2860e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock &operator=(const MemoryBlock &) = delete;
2870e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2880e6b6b59SJacob Faibussowitsch   /* --- actual functions --- */
2890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode try_allocate_chunk(size_type, T **, const stream_type *, bool *) noexcept;
2900e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode try_deallocate_chunk(T **, const stream_type *, bool *) noexcept;
2910e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode try_find_chunk(const T *, chunk_type **) noexcept;
2920e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD bool           owns_pointer(const T *) const noexcept;
2930e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2940e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD size_type size() const noexcept { return size_; }
2950e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD size_type bytes() const noexcept { return sizeof(value_type) * size(); }
2960e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD size_type num_chunks() const noexcept { return chunks_.size(); }
2970e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
2980e6b6b59SJacob Faibussowitsch private:
2990e6b6b59SJacob Faibussowitsch   value_type     *mem_{};
3000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   allocator_type *allocator_{};
3010e6b6b59SJacob Faibussowitsch   size_type       size_{};
3020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   chunk_list_type chunks_{};
3030e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3040e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode clear_(const stream_type *) noexcept;
3050e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
3060e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3070e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
3080e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryBlock - Private API
3090e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
3100e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3110e6b6b59SJacob Faibussowitsch // clear the memory block, called from destructors and move assignment/construction
3120e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
3130e6b6b59SJacob Faibussowitsch PETSC_NODISCARD PetscErrorCode MemoryBlock<T, A, S>::clear_(const stream_type *stream) noexcept {
3140e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3150e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscLikely(mem_)) {
3160e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(allocator_->deallocate(mem_, stream));
3170e6b6b59SJacob Faibussowitsch     mem_ = nullptr;
3180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
3190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   size_ = 0;
3200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallCXX(chunks_.clear());
3210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
3220e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
3230e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3240e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
3250e6b6b59SJacob Faibussowitsch // MemoryBlock - Public API
3260e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
3270e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3280e6b6b59SJacob Faibussowitsch // default constructor, allocates memory immediately
3290e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
3300e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
331*127bc8d3SJacob Faibussowitsch MemoryBlock<T, A, S>::MemoryBlock(allocator_type *alloc, size_type s, const device::StreamBase<U> *stream) noexcept : allocator_(alloc), size_(s) {
3320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallAbort(PETSC_COMM_SELF, alloc->allocate(&mem_, s, stream));
3340e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscAssertAbort(mem_, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_MEM, "Failed to allocate memory block of size %zu", s);
3350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturnVoid();
3360e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
3370e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3380e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
3390e6b6b59SJacob Faibussowitsch MemoryBlock<T, A, S>::~MemoryBlock() noexcept(std::is_nothrow_destructible<chunk_list_type>::value) {
3400e6b6b59SJacob Faibussowitsch   stream_type stream;
3410e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallAbort(PETSC_COMM_SELF, clear_(&stream));
3440e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturnVoid();
3450e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
3460e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3470e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
3480e6b6b59SJacob Faibussowitsch MemoryBlock<T, A, S>::MemoryBlock(MemoryBlock &&other) noexcept : mem_(util::exchange(other.mem_, nullptr)), allocator_(other.allocator_), size_(util::exchange(other.size_, 0)), chunks_(std::move(other.chunks_)) { }
3490e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3500e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
3510e6b6b59SJacob Faibussowitsch MemoryBlock<T, A, S> &MemoryBlock<T, A, S>::operator=(MemoryBlock &&other) noexcept {
3520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3530e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (this != &other) {
3540e6b6b59SJacob Faibussowitsch     stream_type stream;
3550e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3560e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCallAbort(PETSC_COMM_SELF, clear_(&stream));
3570e6b6b59SJacob Faibussowitsch     mem_       = util::exchange(other.mem_, nullptr);
3580e6b6b59SJacob Faibussowitsch     allocator_ = other.allocator_;
3590e6b6b59SJacob Faibussowitsch     size_      = util::exchange(other.size_, 0);
3600e6b6b59SJacob Faibussowitsch     chunks_    = std::move(other.chunks_);
3610e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
3620e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(*this);
3630e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
3640e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3650e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
3660e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBock::owns_pointer - returns true if this block owns a pointer, false otherwise
3670e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
3680e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
3690e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline bool MemoryBlock<T, A, S>::owns_pointer(const T *ptr) const noexcept {
3700e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // each pool is linear in memory, so it suffices to check the bounds
3710e6b6b59SJacob Faibussowitsch   return (ptr >= mem_) && (ptr < std::next(mem_, size()));
3720e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
3730e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3740e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
3750e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock::try_allocate_chunk - try to get a chunk from this MemoryBlock
3760e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3770e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
3780e6b6b59SJacob Faibussowitsch + req_size - the requested size of the allocation (in elements)
3790e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr      - ptr to fill
3800e6b6b59SJacob Faibussowitsch - stream   - stream to fill the pointer on
3810e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3820e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output Parameter:
3830e6b6b59SJacob Faibussowitsch . success  - true if chunk was gotten, false otherwise
3840e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3850e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
3860e6b6b59SJacob Faibussowitsch   If the current memory could not satisfy the memory request, ptr is unchanged
3870e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
3880e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
3890e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode MemoryBlock<T, A, S>::try_allocate_chunk(size_type req_size, T **ptr, const stream_type *stream, bool *success) noexcept {
3900e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
3910e6b6b59SJacob Faibussowitsch   *success = false;
3920e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (req_size <= size()) {
3930e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto try_create_chunk = [&]() {
3940e6b6b59SJacob Faibussowitsch       const auto was_empty     = chunks_.empty();
3950e6b6b59SJacob Faibussowitsch       const auto block_alloced = was_empty ? 0 : chunks_.back().total_offset();
3960e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
3970e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscFunctionBegin;
3980e6b6b59SJacob Faibussowitsch       if (block_alloced + req_size <= size()) {
3990e6b6b59SJacob Faibussowitsch         PetscCallCXX(chunks_.emplace_back(block_alloced, req_size));
4000e6b6b59SJacob Faibussowitsch         PetscCall(chunks_.back().claim(stream, req_size, success));
4010e6b6b59SJacob Faibussowitsch         *ptr = mem_ + block_alloced;
4020e6b6b59SJacob Faibussowitsch         if (was_empty) PetscAssert(*success, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_PLIB, "Failed to claim chunk (of size %zu) even though block (of size %zu) was empty!", req_size, size());
4030e6b6b59SJacob Faibussowitsch       }
4040e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscFunctionReturn(0);
4050e6b6b59SJacob Faibussowitsch     };
4060e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto try_find_open_chunk = [&](bool serialize = false) {
4070e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscFunctionBegin;
4080e6b6b59SJacob Faibussowitsch       for (auto &chunk : chunks_) {
4090e6b6b59SJacob Faibussowitsch         PetscCall(chunk.claim(stream, req_size, success, serialize));
4100e6b6b59SJacob Faibussowitsch         if (*success) {
4110e6b6b59SJacob Faibussowitsch           *ptr = mem_ + chunk.start();
4120e6b6b59SJacob Faibussowitsch           break;
4130e6b6b59SJacob Faibussowitsch         }
4140e6b6b59SJacob Faibussowitsch       }
4150e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscFunctionReturn(0);
4160e6b6b59SJacob Faibussowitsch     };
4170e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4180e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // search previously distributed chunks, but only claim one if it is on the same stream
4190e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // as us
4200e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(try_find_open_chunk());
4210e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4220e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // if we are here we couldn't reuse one of our own chunks so check first if the pool
4230e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // has room for a new one
4240e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (!*success) PetscCall(try_create_chunk());
4250e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4260e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // try pruning dead chunks off the back, note we do this regardless of whether we are
4270e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // successful
4280e6b6b59SJacob Faibussowitsch     while (chunks_.back().can_claim(stream, 0, false)) {
4290e6b6b59SJacob Faibussowitsch       PetscCallCXX(chunks_.pop_back());
4300e6b6b59SJacob Faibussowitsch       if (chunks_.empty()) {
4310e6b6b59SJacob Faibussowitsch         // if chunks are empty it implies we have managed to claim (and subsequently destroy)
4320e6b6b59SJacob Faibussowitsch         // our own chunk twice! something has gone wrong
4330e6b6b59SJacob Faibussowitsch         PetscAssert(!*success, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_PLIB, "Successfully claimed a chunk (of size %zu, from block of size %zu) but have now managed to claim it for a second time (and destroyed it)!", req_size, size());
4340e6b6b59SJacob Faibussowitsch         break;
4350e6b6b59SJacob Faibussowitsch       }
4360e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
4370e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4380e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // if previously unsuccessful see if enough space has opened up due to pruning. note that
4390e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // if the chunk list was emptied from the pruning this call must succeed in allocating a
4400e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // chunk, otherwise something is wrong
4410e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (!*success) PetscCall(try_create_chunk());
4420e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4430e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // last resort, iterate over all chunks and see if we can steal one by waiting on the
4440e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // current owner to finish using it
4450e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (!*success) PetscCall(try_find_open_chunk(true));
4460e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4470e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // sets memory to NaN or infinity depending on the type to catch out uninitialized memory
4480e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // accesses.
4490e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (PetscDefined(USE_DEBUG) && *success) PetscCall(allocator_->set_canary(*ptr, req_size, stream));
4500e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
4510e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
4520e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
4530e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4540e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
4550e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock::try_deallocate_chunk - try to restore a chunk to this MemoryBlock
4560e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4570e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
4580e6b6b59SJacob Faibussowitsch + ptr     - ptr to restore
4590e6b6b59SJacob Faibussowitsch - stream  - stream to restore the pointer on
4600e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4610e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output Parameter:
4620e6b6b59SJacob Faibussowitsch . success - true if chunk was restored, false otherwise
4630e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4640e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
4650e6b6b59SJacob Faibussowitsch   ptr is set to nullptr on successful restore, and is unchanged otherwise. If the ptr is owned
4660e6b6b59SJacob Faibussowitsch   by this MemoryBlock then it is restored on stream. The same stream may recieve ptr again
4670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   without synchronization, but other streams may not do so until either serializing or the
4680e6b6b59SJacob Faibussowitsch   stream is idle again.
4690e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
4700e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
4710e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode MemoryBlock<T, A, S>::try_deallocate_chunk(T **ptr, const stream_type *stream, bool *success) noexcept {
4720e6b6b59SJacob Faibussowitsch   chunk_type *chunk = nullptr;
4730e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4740e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
4750e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(try_find_chunk(*ptr, &chunk));
4760e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (chunk) {
4770e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(chunk->release(stream));
4780e6b6b59SJacob Faibussowitsch     *ptr     = nullptr;
4790e6b6b59SJacob Faibussowitsch     *success = true;
4800e6b6b59SJacob Faibussowitsch   } else {
4810e6b6b59SJacob Faibussowitsch     *success = false;
4820e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
4830e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
4840e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
4850e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4860e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
4870e6b6b59SJacob Faibussowitsch   MemoryBlock::try_find_chunk - try to find the chunk which owns ptr
4880e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameter:
4900e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr - the pointer to lookk for
4910e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
4920e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output Parameter:
4930e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ret_chunk - pointer to the owning chunk or nullptr if not found
4940e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
4950e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T, typename A, typename S>
4960e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode MemoryBlock<T, A, S>::try_find_chunk(const T *ptr, chunk_type **ret_chunk) noexcept {
4970e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
4980e6b6b59SJacob Faibussowitsch   *ret_chunk = nullptr;
4990e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (owns_pointer(ptr)) {
5000e6b6b59SJacob Faibussowitsch     const auto offset = static_cast<size_type>(ptr - mem_);
5010e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5020e6b6b59SJacob Faibussowitsch     for (auto &chunk : chunks_) {
5030e6b6b59SJacob Faibussowitsch       if (chunk.start() == offset) {
5040e6b6b59SJacob Faibussowitsch         *ret_chunk = &chunk;
5050e6b6b59SJacob Faibussowitsch         break;
5060e6b6b59SJacob Faibussowitsch       }
5070e6b6b59SJacob Faibussowitsch     }
5080e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5090e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscAssert(*ret_chunk, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_PLIB, "Failed to find %zu in block, even though it is within block range [%zu, %zu)", reinterpret_cast<uintptr_t>(ptr), reinterpret_cast<uintptr_t>(mem_), reinterpret_cast<uintptr_t>(std::next(mem_, size())));
5100e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
5110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5120e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
5130e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5140e6b6b59SJacob Faibussowitsch namespace detail {
5150e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5160e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
5170e6b6b59SJacob Faibussowitsch struct real_type {
5180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using type = T;
5190e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
5200e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5210e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <>
5220e6b6b59SJacob Faibussowitsch struct real_type<PetscScalar> {
5230e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using type = PetscReal;
5240e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
5250e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5260e6b6b59SJacob Faibussowitsch } // namespace detail
5270e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5280e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
5290e6b6b59SJacob Faibussowitsch struct SegmentedMemoryPoolAllocatorBase {
5300e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using value_type      = T;
5310e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using size_type       = std::size_t;
5320e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using real_value_type = typename detail::real_type<T>::type;
5330e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5340e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
5350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static PetscErrorCode allocate(value_type **, size_type, const device::StreamBase<U> *) noexcept;
5360e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
5370e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static PetscErrorCode deallocate(value_type *, const device::StreamBase<U> *) noexcept;
5380e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
5390e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static PetscErrorCode zero(value_type *, size_type, const device::StreamBase<U> *) noexcept;
5400e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
5410e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static PetscErrorCode uninitialized_copy(value_type *, const value_type *, size_type, const device::StreamBase<U> *) noexcept;
5420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   template <typename U>
5430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD static PetscErrorCode set_canary(value_type *, size_type, const device::StreamBase<U> *) noexcept;
5440e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
5450e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5460e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
5470e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
5480e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPoolAllocatorBase<T>::allocate(value_type **ptr, size_type n, const device::StreamBase<U> *) noexcept {
5490e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
5500e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscMalloc1(n, ptr));
5510e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5520e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
5530e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5540e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
5550e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
5560e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPoolAllocatorBase<T>::deallocate(value_type *ptr, const device::StreamBase<U> *) noexcept {
5570e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
5580e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscFree(ptr));
5590e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5600e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
5610e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5620e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
5630e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
5640e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPoolAllocatorBase<T>::zero(value_type *ptr, size_type n, const device::StreamBase<U> *) noexcept {
5650e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
5660e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscArrayzero(ptr, n));
5670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5680e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
5690e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5700e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
5710e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
5720e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPoolAllocatorBase<T>::uninitialized_copy(value_type *dest, const value_type *src, size_type n, const device::StreamBase<U> *) noexcept {
5730e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
5740e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscArraycpy(dest, src, n));
5750e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5760e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
5770e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5780e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename T>
5790e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename U>
5800e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPoolAllocatorBase<T>::set_canary(value_type *ptr, size_type n, const device::StreamBase<U> *) noexcept {
5810e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using limit_type            = std::numeric_limits<real_value_type>;
5820e6b6b59SJacob Faibussowitsch   constexpr value_type canary = limit_type::has_signaling_NaN ? limit_type::signaling_NaN() : limit_type::max();
5830e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5840e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
5850e6b6b59SJacob Faibussowitsch   for (size_type i = 0; i < n; ++i) ptr[i] = canary;
5860e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
5870e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
5880e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5890e6b6b59SJacob Faibussowitsch } // namespace impl
5900e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5910e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
5920e6b6b59SJacob Faibussowitsch // SegmentedMemoryPool
5930e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
5940e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5950e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType = device::DefaultStream, typename AllocType = impl::SegmentedMemoryPoolAllocatorBase<MemType>, std::size_t DefaultChunkSize = 256>
5960e6b6b59SJacob Faibussowitsch class SegmentedMemoryPool;
5970e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
5980e6b6b59SJacob Faibussowitsch // The actual memory pool class. It is in essence just a wrapper for a list of MemoryBlocks.
5990e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
6000e6b6b59SJacob Faibussowitsch class SegmentedMemoryPool : public RegisterFinalizeable<SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>> {
6010e6b6b59SJacob Faibussowitsch public:
6020e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using value_type     = MemType;
6030e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using stream_type    = StreamType;
6040e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using allocator_type = AllocType;
6050e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using block_type     = impl::MemoryBlock<value_type, allocator_type, stream_type>;
6060e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using pool_type      = std::deque<block_type>;
6070e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using size_type      = typename block_type::size_type;
6080e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6090e6b6b59SJacob Faibussowitsch   explicit SegmentedMemoryPool(AllocType = AllocType{}, std::size_t = DefaultChunkSize) noexcept(std::is_nothrow_default_constructible<pool_type>::value);
6100e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode allocate(PetscInt, value_type **, const stream_type *) noexcept;
6120e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode deallocate(value_type **, const stream_type *) noexcept;
6130e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode reallocate(PetscInt, value_type **, const stream_type *) noexcept;
6140e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6150e6b6b59SJacob Faibussowitsch private:
6160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   pool_type      pool_;
6170e6b6b59SJacob Faibussowitsch   allocator_type allocator_;
6180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   size_type      chunk_size_;
6190e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode make_block_(size_type, const stream_type *) noexcept;
6210e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6220e6b6b59SJacob Faibussowitsch   friend class RegisterFinalizeable<SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>>;
6230e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode register_finalize_(const stream_type *) noexcept;
6240e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PETSC_NODISCARD PetscErrorCode finalize_() noexcept;
6250e6b6b59SJacob Faibussowitsch };
6260e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6270e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
6280e6b6b59SJacob Faibussowitsch // SegmentedMemoryPool - Private API
6290e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
6300e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6310e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
6320e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>::make_block_(size_type size, const stream_type *stream) noexcept {
6330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto block_size = std::max(size, chunk_size_);
6340e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6350e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
6360e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallCXX(pool_.emplace_back(&allocator_, block_size, stream));
6370e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInfo(nullptr, "Allocated new block of size %zu, total %zu blocks\n", block_size, pool_.size()));
6380e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
6390e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
6400e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6410e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
6420e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>::register_finalize_(const stream_type *stream) noexcept {
6430e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
6440e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(make_block_(chunk_size_, stream));
6450e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
6460e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
6470e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6480e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
6490e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>::finalize_() noexcept {
6500e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
6510e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCallCXX(pool_.clear());
6520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   chunk_size_ = DefaultChunkSize;
6530e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
6540e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
6550e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6560e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
6570e6b6b59SJacob Faibussowitsch // SegmentedMemoryPool - Public API
6580e6b6b59SJacob Faibussowitsch // ==========================================================================================
6590e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6600e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
6610e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>::SegmentedMemoryPool(AllocType alloc, std::size_t size) noexcept(std::is_nothrow_default_constructible<pool_type>::value) :
6620e6b6b59SJacob Faibussowitsch   allocator_(std::move(alloc)), chunk_size_(size) { }
6630e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6640e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
6650e6b6b59SJacob Faibussowitsch   SegmentedMemoryPool::allocate - get an allocation from the memory pool
6660e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6670e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
6680e6b6b59SJacob Faibussowitsch + req_size - size (in elements) to get
6690e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr      - the pointer to hold the allocation
6700e6b6b59SJacob Faibussowitsch - stream   - the stream on which to get the allocation
6710e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6720e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Output Parameter:
6730e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr - the pointer holding the allocation
6740e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6750e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
6760e6b6b59SJacob Faibussowitsch   req_size cannot be negative. If req_size if zero, ptr is set to nullptr
6770e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
6780e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
6790e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>::allocate(PetscInt req_size, value_type **ptr, const stream_type *stream) noexcept {
6800e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto size  = static_cast<size_type>(req_size);
6810e6b6b59SJacob Faibussowitsch   auto       found = false;
6820e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6830e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
6840e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscAssert(req_size >= 0, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_OUTOFRANGE, "Requested memory amount (%" PetscInt_FMT ") must be >= 0", req_size);
6850e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(ptr, 2);
6860e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(stream, 3);
6870e6b6b59SJacob Faibussowitsch   *ptr = nullptr;
6880e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (!req_size) PetscFunctionReturn(0);
6890e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(this->register_finalize(PETSC_COMM_SELF, stream));
6900e6b6b59SJacob Faibussowitsch   for (auto &block : pool_) {
6910e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(block.try_allocate_chunk(size, ptr, stream, &found));
6920e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (PetscLikely(found)) PetscFunctionReturn(0);
6930e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
6940e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
6950e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(PetscInfo(nullptr, "Could not find an open block in the pool (%zu blocks) (requested size %zu), allocating new block\n", pool_.size(), size));
6960e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // if we are here we couldn't find an open block in the pool, so make a new block
6970e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(make_block_(size, stream));
6980e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // and assign it
6990e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscCall(pool_.back().try_allocate_chunk(size, ptr, stream, &found));
7000e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscAssert(found, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_MEM, "Failed to get a suitable memory chunk (of size %zu) from newly allocated memory block (size %zu)", size, pool_.back().size());
7010e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
7020e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
7030e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7040e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
7050e6b6b59SJacob Faibussowitsch   SegmentedMemoryPool::deallocate - release a pointer back to the memory pool
7060e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7070e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
7080e6b6b59SJacob Faibussowitsch + ptr    - the pointer to release
7090e6b6b59SJacob Faibussowitsch - stream - the stream to release it on
7100e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7110e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
7120e6b6b59SJacob Faibussowitsch   If ptr is not owned by the pool it is unchanged.
7130e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
7140e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
7150e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>::deallocate(value_type **ptr, const stream_type *stream) noexcept {
7160e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
7170e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(ptr, 1);
7180e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(stream, 2);
7190e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // nobody owns a nullptr, and if they do then they have bigger problems
7200e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (!*ptr) PetscFunctionReturn(0);
7210e6b6b59SJacob Faibussowitsch   for (auto &block : pool_) {
7220e6b6b59SJacob Faibussowitsch     auto found = false;
7230e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7240e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(block.try_deallocate_chunk(ptr, stream, &found));
7250e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (PetscLikely(found)) break;
7260e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
7270e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
7280e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
7290e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7300e6b6b59SJacob Faibussowitsch /*
7310e6b6b59SJacob Faibussowitsch   SegmentedMemoryPool::reallocate - Resize an allocated buffer
7320e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7330e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Input Parameters:
7340e6b6b59SJacob Faibussowitsch + new_req_size - the new buffer size
7350e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr          - pointer to the buffer
7360e6b6b59SJacob Faibussowitsch - stream       - stream to resize with
7370e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7380e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Ouput Parameter:
7390e6b6b59SJacob Faibussowitsch . ptr - pointer to the new region
7400e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7410e6b6b59SJacob Faibussowitsch   Notes:
7420e6b6b59SJacob Faibussowitsch   ptr must have been allocated by the pool.
7430e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7440e6b6b59SJacob Faibussowitsch   It's OK to shrink the buffer, even down to 0 (in which case it is just deallocated).
7450e6b6b59SJacob Faibussowitsch */
7460e6b6b59SJacob Faibussowitsch template <typename MemType, typename StreamType, typename AllocType, std::size_t DefaultChunkSize>
7470e6b6b59SJacob Faibussowitsch inline PetscErrorCode SegmentedMemoryPool<MemType, StreamType, AllocType, DefaultChunkSize>::reallocate(PetscInt new_req_size, value_type **ptr, const stream_type *stream) noexcept {
7480e6b6b59SJacob Faibussowitsch   using chunk_type = typename block_type::chunk_type;
7490e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7500e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto  new_size = static_cast<size_type>(new_req_size);
7510e6b6b59SJacob Faibussowitsch   const auto  old_ptr  = *ptr;
7520e6b6b59SJacob Faibussowitsch   chunk_type *chunk    = nullptr;
7530e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7540e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionBegin;
7550e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscAssert(new_req_size >= 0, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_OUTOFRANGE, "Requested memory amount (%" PetscInt_FMT ") must be >= 0", new_req_size);
7560e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(ptr, 2);
7570e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscValidPointer(stream, 3);
7580e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7590e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // if reallocating to zero, just free
7600e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (PetscUnlikely(new_size == 0)) {
7610e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(deallocate(ptr, stream));
7620e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscFunctionReturn(0);
7630e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
7640e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7650e6b6b59SJacob Faibussowitsch   // search the blocks for the owning chunk
7660e6b6b59SJacob Faibussowitsch   for (auto &block : pool_) {
7670e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(block.try_find_chunk(old_ptr, &chunk));
7680e6b6b59SJacob Faibussowitsch     if (chunk) break; // found
7690e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
7700e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscAssert(chunk, PETSC_COMM_SELF, PETSC_ERR_ARG_WRONG, "Memory pool does not own %p, so cannot reallocate it", *ptr);
7710e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7720e6b6b59SJacob Faibussowitsch   if (chunk->capacity() < new_size) {
7730e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // chunk does not have enough room, need to grab a fresh chunk and copy to it
7740e6b6b59SJacob Faibussowitsch     *ptr = nullptr;
7750e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(chunk->release(stream));
7760e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(allocate(new_size, ptr, stream));
7770e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(allocator_.uninitialized_copy(*ptr, old_ptr, new_size, stream));
7780e6b6b59SJacob Faibussowitsch   } else {
7790e6b6b59SJacob Faibussowitsch     // chunk had enough room we can simply grow (or shrink) to fit the new size
7800e6b6b59SJacob Faibussowitsch     PetscCall(chunk->resize(new_size));
7810e6b6b59SJacob Faibussowitsch   }
7820e6b6b59SJacob Faibussowitsch   PetscFunctionReturn(0);
7830e6b6b59SJacob Faibussowitsch }
7840e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7850e6b6b59SJacob Faibussowitsch } // namespace memory
7860e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7870e6b6b59SJacob Faibussowitsch } // namespace Petsc
7880e6b6b59SJacob Faibussowitsch 
7890e6b6b59SJacob Faibussowitsch #endif // PETSC_SEGMENTEDMEMPOOL_HPP
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