1223ca01ba54c8461715c8f732bdc5bde0272fee
[mono.git] / mono / sgen / sgen-gc.c
1 /*
2  * sgen-gc.c: Simple generational GC.
3  *
4  * Author:
5  *      Paolo Molaro (lupus@ximian.com)
6  *  Rodrigo Kumpera (kumpera@gmail.com)
7  *
8  * Copyright 2005-2011 Novell, Inc (http://www.novell.com)
9  * Copyright 2011 Xamarin Inc (http://www.xamarin.com)
10  *
11  * Thread start/stop adapted from Boehm's GC:
12  * Copyright (c) 1994 by Xerox Corporation.  All rights reserved.
13  * Copyright (c) 1996 by Silicon Graphics.  All rights reserved.
14  * Copyright (c) 1998 by Fergus Henderson.  All rights reserved.
15  * Copyright (c) 2000-2004 by Hewlett-Packard Company.  All rights reserved.
16  * Copyright 2001-2003 Ximian, Inc
17  * Copyright 2003-2010 Novell, Inc.
18  * Copyright 2011 Xamarin, Inc.
19  * Copyright (C) 2012 Xamarin Inc
20  *
21  * Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.
22  *
23  * Important: allocation provides always zeroed memory, having to do
24  * a memset after allocation is deadly for performance.
25  * Memory usage at startup is currently as follows:
26  * 64 KB pinned space
27  * 64 KB internal space
28  * size of nursery
29  * We should provide a small memory config with half the sizes
30  *
31  * We currently try to make as few mono assumptions as possible:
32  * 1) 2-word header with no GC pointers in it (first vtable, second to store the
33  *    forwarding ptr)
34  * 2) gc descriptor is the second word in the vtable (first word in the class)
35  * 3) 8 byte alignment is the minimum and enough (not true for special structures (SIMD), FIXME)
36  * 4) there is a function to get an object's size and the number of
37  *    elements in an array.
38  * 5) we know the special way bounds are allocated for complex arrays
39  * 6) we know about proxies and how to treat them when domains are unloaded
40  *
41  * Always try to keep stack usage to a minimum: no recursive behaviour
42  * and no large stack allocs.
43  *
44  * General description.
45  * Objects are initially allocated in a nursery using a fast bump-pointer technique.
46  * When the nursery is full we start a nursery collection: this is performed with a
47  * copying GC.
48  * When the old generation is full we start a copying GC of the old generation as well:
49  * this will be changed to mark&sweep with copying when fragmentation becomes to severe
50  * in the future.  Maybe we'll even do both during the same collection like IMMIX.
51  *
52  * The things that complicate this description are:
53  * *) pinned objects: we can't move them so we need to keep track of them
54  * *) no precise info of the thread stacks and registers: we need to be able to
55  *    quickly find the objects that may be referenced conservatively and pin them
56  *    (this makes the first issues more important)
57  * *) large objects are too expensive to be dealt with using copying GC: we handle them
58  *    with mark/sweep during major collections
59  * *) some objects need to not move even if they are small (interned strings, Type handles):
60  *    we use mark/sweep for them, too: they are not allocated in the nursery, but inside
61  *    PinnedChunks regions
62  */
63
64 /*
65  * TODO:
66
67  *) we could have a function pointer in MonoClass to implement
68   customized write barriers for value types
69
70  *) investigate the stuff needed to advance a thread to a GC-safe
71   point (single-stepping, read from unmapped memory etc) and implement it.
72   This would enable us to inline allocations and write barriers, for example,
73   or at least parts of them, like the write barrier checks.
74   We may need this also for handling precise info on stacks, even simple things
75   as having uninitialized data on the stack and having to wait for the prolog
76   to zero it. Not an issue for the last frame that we scan conservatively.
77   We could always not trust the value in the slots anyway.
78
79  *) modify the jit to save info about references in stack locations:
80   this can be done just for locals as a start, so that at least
81   part of the stack is handled precisely.
82
83  *) test/fix endianess issues
84
85  *) Implement a card table as the write barrier instead of remembered
86     sets?  Card tables are not easy to implement with our current
87     memory layout.  We have several different kinds of major heap
88     objects: Small objects in regular blocks, small objects in pinned
89     chunks and LOS objects.  If we just have a pointer we have no way
90     to tell which kind of object it points into, therefore we cannot
91     know where its card table is.  The least we have to do to make
92     this happen is to get rid of write barriers for indirect stores.
93     (See next item)
94
95  *) Get rid of write barriers for indirect stores.  We can do this by
96     telling the GC to wbarrier-register an object once we do an ldloca
97     or ldelema on it, and to unregister it once it's not used anymore
98     (it can only travel downwards on the stack).  The problem with
99     unregistering is that it needs to happen eventually no matter
100     what, even if exceptions are thrown, the thread aborts, etc.
101     Rodrigo suggested that we could do only the registering part and
102     let the collector find out (pessimistically) when it's safe to
103     unregister, namely when the stack pointer of the thread that
104     registered the object is higher than it was when the registering
105     happened.  This might make for a good first implementation to get
106     some data on performance.
107
108  *) Some sort of blacklist support?  Blacklists is a concept from the
109     Boehm GC: if during a conservative scan we find pointers to an
110     area which we might use as heap, we mark that area as unusable, so
111     pointer retention by random pinning pointers is reduced.
112
113  *) experiment with max small object size (very small right now - 2kb,
114     because it's tied to the max freelist size)
115
116   *) add an option to mmap the whole heap in one chunk: it makes for many
117      simplifications in the checks (put the nursery at the top and just use a single
118      check for inclusion/exclusion): the issue this has is that on 32 bit systems it's
119      not flexible (too much of the address space may be used by default or we can't
120      increase the heap as needed) and we'd need a race-free mechanism to return memory
121      back to the system (mprotect(PROT_NONE) will still keep the memory allocated if it
122      was written to, munmap is needed, but the following mmap may not find the same segment
123      free...)
124
125  *) memzero the major fragments after restarting the world and optionally a smaller
126     chunk at a time
127
128  *) investigate having fragment zeroing threads
129
130  *) separate locks for finalization and other minor stuff to reduce
131     lock contention
132
133  *) try a different copying order to improve memory locality
134
135  *) a thread abort after a store but before the write barrier will
136     prevent the write barrier from executing
137
138  *) specialized dynamically generated markers/copiers
139
140  *) Dynamically adjust TLAB size to the number of threads.  If we have
141     too many threads that do allocation, we might need smaller TLABs,
142     and we might get better performance with larger TLABs if we only
143     have a handful of threads.  We could sum up the space left in all
144     assigned TLABs and if that's more than some percentage of the
145     nursery size, reduce the TLAB size.
146
147  *) Explore placing unreachable objects on unused nursery memory.
148         Instead of memset'ng a region to zero, place an int[] covering it.
149         A good place to start is add_nursery_frag. The tricky thing here is
150         placing those objects atomically outside of a collection.
151
152  *) Allocation should use asymmetric Dekker synchronization:
153         http://blogs.oracle.com/dave/resource/Asymmetric-Dekker-Synchronization.txt
154         This should help weak consistency archs.
155  */
156 #include "config.h"
157 #ifdef HAVE_SGEN_GC
158
159 #ifdef __MACH__
160 #undef _XOPEN_SOURCE
161 #define _XOPEN_SOURCE
162 #define _DARWIN_C_SOURCE
163 #endif
164
165 #ifdef HAVE_UNISTD_H
166 #include <unistd.h>
167 #endif
168 #ifdef HAVE_PTHREAD_H
169 #include <pthread.h>
170 #endif
171 #ifdef HAVE_PTHREAD_NP_H
172 #include <pthread_np.h>
173 #endif
174 #include <stdio.h>
175 #include <string.h>
176 #include <errno.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <stdlib.h>
179
180 #include "mono/sgen/sgen-gc.h"
181 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
182 #include "mono/sgen/sgen-protocol.h"
183 #include "mono/sgen/sgen-memory-governor.h"
184 #include "mono/sgen/sgen-hash-table.h"
185 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
186 #include "mono/sgen/sgen-pinning.h"
187 #include "mono/sgen/sgen-workers.h"
188 #include "mono/sgen/sgen-client.h"
189 #include "mono/sgen/sgen-pointer-queue.h"
190 #include "mono/sgen/gc-internal-agnostic.h"
191 #include "mono/utils/mono-proclib.h"
192 #include "mono/utils/mono-memory-model.h"
193 #include "mono/utils/hazard-pointer.h"
194
195 #include <mono/utils/memcheck.h>
196
197 #undef pthread_create
198 #undef pthread_join
199 #undef pthread_detach
200
201 /*
202  * ######################################################################
203  * ########  Types and constants used by the GC.
204  * ######################################################################
205  */
206
207 /* 0 means not initialized, 1 is initialized, -1 means in progress */
208 static int gc_initialized = 0;
209 /* If set, check if we need to do something every X allocations */
210 gboolean has_per_allocation_action;
211 /* If set, do a heap check every X allocation */
212 guint32 verify_before_allocs = 0;
213 /* If set, do a minor collection before every X allocation */
214 guint32 collect_before_allocs = 0;
215 /* If set, do a whole heap check before each collection */
216 static gboolean whole_heap_check_before_collection = FALSE;
217 /* If set, do a remset consistency check at various opportunities */
218 static gboolean remset_consistency_checks = FALSE;
219 /* If set, do a mod union consistency check before each finishing collection pause */
220 static gboolean mod_union_consistency_check = FALSE;
221 /* If set, check whether mark bits are consistent after major collections */
222 static gboolean check_mark_bits_after_major_collection = FALSE;
223 /* If set, check that all nursery objects are pinned/not pinned, depending on context */
224 static gboolean check_nursery_objects_pinned = FALSE;
225 /* If set, do a few checks when the concurrent collector is used */
226 static gboolean do_concurrent_checks = FALSE;
227 /* If set, do a plausibility check on the scan_starts before and after
228    each collection */
229 static gboolean do_scan_starts_check = FALSE;
230
231 static gboolean disable_minor_collections = FALSE;
232 static gboolean disable_major_collections = FALSE;
233 static gboolean do_verify_nursery = FALSE;
234 static gboolean do_dump_nursery_content = FALSE;
235 static gboolean enable_nursery_canaries = FALSE;
236
237 static gboolean precleaning_enabled = TRUE;
238
239 #ifdef HEAVY_STATISTICS
240 guint64 stat_objects_alloced_degraded = 0;
241 guint64 stat_bytes_alloced_degraded = 0;
242
243 guint64 stat_copy_object_called_nursery = 0;
244 guint64 stat_objects_copied_nursery = 0;
245 guint64 stat_copy_object_called_major = 0;
246 guint64 stat_objects_copied_major = 0;
247
248 guint64 stat_scan_object_called_nursery = 0;
249 guint64 stat_scan_object_called_major = 0;
250
251 guint64 stat_slots_allocated_in_vain;
252
253 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_from_space = 0;
254 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_forwarded = 0;
255 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_pinned = 0;
256 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_to_space = 0;
257
258 static guint64 stat_wbarrier_add_to_global_remset = 0;
259 static guint64 stat_wbarrier_arrayref_copy = 0;
260 static guint64 stat_wbarrier_generic_store = 0;
261 static guint64 stat_wbarrier_generic_store_atomic = 0;
262 static guint64 stat_wbarrier_set_root = 0;
263 #endif
264
265 static guint64 stat_pinned_objects = 0;
266
267 static guint64 time_minor_pre_collection_fragment_clear = 0;
268 static guint64 time_minor_pinning = 0;
269 static guint64 time_minor_scan_remsets = 0;
270 static guint64 time_minor_scan_pinned = 0;
271 static guint64 time_minor_scan_roots = 0;
272 static guint64 time_minor_finish_gray_stack = 0;
273 static guint64 time_minor_fragment_creation = 0;
274
275 static guint64 time_major_pre_collection_fragment_clear = 0;
276 static guint64 time_major_pinning = 0;
277 static guint64 time_major_scan_pinned = 0;
278 static guint64 time_major_scan_roots = 0;
279 static guint64 time_major_scan_mod_union = 0;
280 static guint64 time_major_finish_gray_stack = 0;
281 static guint64 time_major_free_bigobjs = 0;
282 static guint64 time_major_los_sweep = 0;
283 static guint64 time_major_sweep = 0;
284 static guint64 time_major_fragment_creation = 0;
285
286 static guint64 time_max = 0;
287
288 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_start);
289 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_end);
290
291 static SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
292 static SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
293
294 int gc_debug_level = 0;
295 FILE* gc_debug_file;
296
297 /*
298 void
299 mono_gc_flush_info (void)
300 {
301         fflush (gc_debug_file);
302 }
303 */
304
305 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
306 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
307 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
308
309 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
310
311 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
312
313 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
314 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
315 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
316
317 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
318
319 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
320
321 gboolean
322 nursery_canaries_enabled (void)
323 {
324         return enable_nursery_canaries;
325 }
326
327 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
328
329 #if defined(HAVE_CONC_GC_AS_DEFAULT)
330 /* Use concurrent major on deskstop platforms */
331 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_conc_init
332 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep-conc"
333 #else
334 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_init
335 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep"
336 #endif
337
338 /*
339  * ######################################################################
340  * ########  Global data.
341  * ######################################################################
342  */
343 MonoCoopMutex gc_mutex;
344
345 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
346
347 size_t degraded_mode = 0;
348
349 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
350
351 GCMemSection *nursery_section = NULL;
352 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
353 static volatile mword highest_heap_address = 0;
354
355 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
356
357 int current_collection_generation = -1;
358 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
359
360 /* objects that are ready to be finalized */
361 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
362 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
363
364 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
365 /* 
366  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
367  */
368 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
369         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
370         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
371         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
372 };
373 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
374
375 /* The size of a TLAB */
376 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
377  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
378  * FIXME: Tune this.
379  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
380  */
381 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
382
383 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
384
385 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
386
387 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
388
389 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
390 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
391 #endif
392
393 /*Object was pinned during the current collection*/
394 static mword objects_pinned;
395
396 /*
397  * ######################################################################
398  * ########  Macros and function declarations.
399  * ######################################################################
400  */
401
402 /* forward declarations */
403 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
404
405 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
406 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
407
408
409 SgenMajorCollector major_collector;
410 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
411
412 static SgenRememberedSet remset;
413
414 /*
415  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
416  * concurrent, we use the main gray queue.
417  */
418 static SgenGrayQueue*
419 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data, SgenGrayQueue *default_gray_queue)
420 {
421         if (worker_data)
422                 return &worker_data->private_gray_queue;
423         SGEN_ASSERT (0, default_gray_queue, "Why don't we have a default gray queue when we're not running in a worker thread?");
424         return default_gray_queue;
425 }
426
427 static void
428 gray_queue_enable_redirect (SgenGrayQueue *queue)
429 {
430         SGEN_ASSERT (0, concurrent_collection_in_progress, "Where are we redirecting the gray queue to, without a concurrent collection?");
431
432         sgen_gray_queue_set_alloc_prepare (queue, sgen_workers_take_from_queue_and_awake);
433         sgen_workers_take_from_queue_and_awake (queue);
434 }
435
436 void
437 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
438 {
439         while (start < end) {
440                 size_t size;
441                 char *obj;
442
443                 if (!*(void**)start) {
444                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
445                         continue;
446                 }
447
448                 if (allow_flags) {
449                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
450                                 obj = start;
451                 } else {
452                         obj = start;
453                 }
454
455                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
456                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
457                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
458                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
459                         CANARIFY_SIZE (size);
460                 } else {
461                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
462                 }
463
464                 start += size;
465         }
466 }
467
468 /*
469  * sgen_add_to_global_remset:
470  *
471  *   The global remset contains locations which point into newspace after
472  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
473  *
474  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
475  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
476  */
477 void
478 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
479 {
480         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
481
482         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
483
484         if (!major_collector.is_concurrent) {
485                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
486         } else {
487                 if (current_collection_generation == -1)
488                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
489         }
490
491         if (!object_is_pinned (obj))
492                 SGEN_ASSERT (5, sgen_minor_collector.is_split || sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Non-pinned objects can only remain in nursery if it is a split nursery");
493         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
494                 return;
495
496         remset.record_pointer (ptr);
497
498         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
499
500         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
501         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
502 }
503
504 /*
505  * sgen_drain_gray_stack:
506  *
507  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
508  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
509  * usage.
510  *
511  */
512 gboolean
513 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
514 {
515         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
516         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
517
518         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
519                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
520
521         for (;;) {
522                 GCObject *obj;
523                 SgenDescriptor desc;
524                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
525                 if (!obj)
526                         return TRUE;
527                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
528                 scan_func (obj, desc, queue);
529         }
530         return FALSE;
531 }
532
533 /*
534  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
535  * the object header for each address and pins the object. The
536  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
537  * address array is overwritten with the addresses of the actually
538  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
539  */
540 static int
541 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
542 {
543         GCMemSection *section = nursery_section;
544         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
545         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
546         void *start_nursery = section->data;
547         void *end_nursery = section->next_data;
548         void *last = NULL;
549         int count = 0;
550         void *search_start;
551         void *addr;
552         void *pinning_front = start_nursery;
553         size_t idx;
554         void **definitely_pinned = start;
555         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
556         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
557
558         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
559
560         while (start < end) {
561                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
562                 size_t obj_to_pin_size = 0;
563                 SgenDescriptor desc;
564
565                 addr = *start;
566
567                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
568                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
569
570                 if (addr == last) {
571                         ++start;
572                         continue;
573                 }
574
575                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
576                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
577                 if (addr < pinning_front) {
578                         start++;
579                         continue;
580                 }
581
582                 /*
583                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
584                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
585                  * start at start_nursery.
586                  */
587                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
588                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
589                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
590                 if (!search_start || search_start > addr) {
591                         while (idx) {
592                                 --idx;
593                                 search_start = section->scan_starts [idx];
594                                 if (search_start && search_start <= addr)
595                                         break;
596                         }
597                         if (!search_start || search_start > addr)
598                                 search_start = start_nursery;
599                 }
600
601                 /*
602                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
603                  * searching at the front.
604                  */
605                 if (search_start < pinning_front)
606                         search_start = pinning_front;
607
608                 /*
609                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
610                  *
611                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
612                  */
613                 do {
614                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
615
616                         /* Skip zeros. */
617                         if (!*(void**)search_start) {
618                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
619                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
620                                 continue;
621                         }
622
623                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
624
625                         /*
626                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
627                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
628                          * either.
629                          */
630                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
631                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
632                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
633
634                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
635                                         /* This is the object we're looking for. */
636                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
637                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
638                                         break;
639                                 }
640                         }
641
642                         /* Skip to the next object */
643                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
644                 } while (search_start <= addr);
645
646                 /* We've searched past the address we were looking for. */
647                 if (!obj_to_pin) {
648                         pinning_front = search_start;
649                         goto next_pin_queue_entry;
650                 }
651
652                 /*
653                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
654                  * can advance the pinning front in any case.
655                  */
656                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
657
658                 /*
659                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
660                  * fragment, we don't pin it.
661                  */
662                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
663                         goto next_pin_queue_entry;
664
665                 /*
666                  * Finally - pin the object!
667                  */
668                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
669                 if (do_scan_objects) {
670                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
671                 } else {
672                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
673                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
674                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
675                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
676                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
677
678                         pin_object (obj_to_pin);
679                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
680                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
681                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
682                         count++;
683                 }
684                 if (concurrent_collection_in_progress)
685                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
686
687         next_pin_queue_entry:
688                 last = addr;
689                 ++start;
690         }
691         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
692         stat_pinned_objects += count;
693         return count;
694 }
695
696 static void
697 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
698 {
699         size_t reduced_to;
700
701         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
702                 return;
703
704         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
705         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
706 }
707
708 /*
709  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
710  * when we can't promote an object because we're out of memory.
711  */
712 void
713 sgen_pin_object (GCObject *object, SgenGrayQueue *queue)
714 {
715         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
716
717         /*
718          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
719          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
720          */
721         sgen_pin_stage_ptr (object);
722
723         SGEN_PIN_OBJECT (object);
724         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
725
726         ++objects_pinned;
727         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
728
729         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
730 }
731
732 /* Sort the addresses in array in increasing order.
733  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
734  */
735 void
736 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
737 {
738         size_t i;
739         void *tmp;
740
741         for (i = 1; i < size; ++i) {
742                 size_t child = i;
743                 while (child > 0) {
744                         size_t parent = (child - 1) / 2;
745
746                         if (array [parent] >= array [child])
747                                 break;
748
749                         tmp = array [parent];
750                         array [parent] = array [child];
751                         array [child] = tmp;
752
753                         child = parent;
754                 }
755         }
756
757         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
758                 size_t end, root;
759                 tmp = array [i];
760                 array [i] = array [0];
761                 array [0] = tmp;
762
763                 end = i - 1;
764                 root = 0;
765
766                 while (root * 2 + 1 <= end) {
767                         size_t child = root * 2 + 1;
768
769                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
770                                 ++child;
771                         if (array [root] >= array [child])
772                                 break;
773
774                         tmp = array [root];
775                         array [root] = array [child];
776                         array [child] = tmp;
777
778                         root = child;
779                 }
780         }
781 }
782
783 /* 
784  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
785  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
786  * Typically used for thread stacks.
787  */
788 void
789 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
790 {
791         int count = 0;
792
793         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
794
795 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
796         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
797 #endif
798
799         while (start < end) {
800                 /*
801                  * *start can point to the middle of an object
802                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
803                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
804                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
805                  * may keep the only reference to an object by pointing
806                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
807                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
808                  * from pointers to the start of the next object in memory
809                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
810                  * We queue the pointer in an array, the
811                  * array will then be sorted and uniqued. This way
812                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
813                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
814                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
815                  * alignment, so the unique process is more effective.
816                  */
817                 mword addr = (mword)*start;
818                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
819                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
820                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
821                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
822                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
823                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
824                         count++;
825                 }
826                 start++;
827         }
828         if (count)
829                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
830 }
831
832 /*
833  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
834  * This function considers all the areas of memory that need to be
835  * conservatively scanned.
836  */
837 static void
838 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
839 {
840         void **start_root;
841         RootRecord *root;
842         SGEN_LOG (2, "Scanning pinned roots (%d bytes, %d/%d entries)", (int)roots_size, roots_hash [ROOT_TYPE_NORMAL].num_entries, roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED].num_entries);
843         /* objects pinned from the API are inside these roots */
844         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
845                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
846                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
847         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
848         /* now deal with the thread stacks
849          * in the future we should be able to conservatively scan only:
850          * *) the cpu registers
851          * *) the unmanaged stack frames
852          * *) the _last_ managed stack frame
853          * *) pointers slots in managed frames
854          */
855         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
856 }
857
858 static void
859 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
860 {
861         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
862         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
863 }
864
865 /*
866  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
867  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
868  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
869  * This functions copies them to to_space updates them.
870  *
871  * This function is not thread-safe!
872  */
873 static void
874 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
875 {
876         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
877         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
878
879         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
880         case ROOT_DESC_BITMAP:
881                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
882                 while (desc) {
883                         if ((desc & 1) && *start_root) {
884                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
885                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
886                         }
887                         desc >>= 1;
888                         start_root++;
889                 }
890                 return;
891         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
892                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
893                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
894                 void **start_run = start_root;
895                 bitmap_data++;
896                 while (bwords-- > 0) {
897                         gsize bmap = *bitmap_data++;
898                         void **objptr = start_run;
899                         while (bmap) {
900                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
901                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
902                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
903                                 }
904                                 bmap >>= 1;
905                                 ++objptr;
906                         }
907                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
908                 }
909                 break;
910         }
911         case ROOT_DESC_USER: {
912                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
913                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
914                 break;
915         }
916         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
917                 g_assert_not_reached ();
918         default:
919                 g_assert_not_reached ();
920         }
921 }
922
923 static void
924 reset_heap_boundaries (void)
925 {
926         lowest_heap_address = ~(mword)0;
927         highest_heap_address = 0;
928 }
929
930 void
931 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
932 {
933         mword old;
934
935         do {
936                 old = lowest_heap_address;
937                 if (low >= old)
938                         break;
939         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
940
941         do {
942                 old = highest_heap_address;
943                 if (high <= old)
944                         break;
945         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
946 }
947
948 /*
949  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
950  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
951  */
952 static void
953 alloc_nursery (void)
954 {
955         GCMemSection *section;
956         char *data;
957         size_t scan_starts;
958         size_t alloc_size;
959
960         if (nursery_section)
961                 return;
962         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
963         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
964          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
965          * objects in the existing nursery.
966          */
967         /* FIXME: handle OOM */
968         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
969
970         alloc_size = sgen_nursery_size;
971
972         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
973         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
974
975         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
976         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
977         SGEN_LOG (4, "Expanding nursery size (%p-%p): %lu, total: %lu", data, data + alloc_size, (unsigned long)sgen_nursery_size, (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation ());
978         section->data = section->next_data = data;
979         section->size = alloc_size;
980         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
981         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
982         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
983         section->num_scan_start = scan_starts;
984
985         nursery_section = section;
986
987         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
988 }
989
990 FILE *
991 mono_gc_get_logfile (void)
992 {
993         return gc_debug_file;
994 }
995
996 static void
997 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
998 {
999         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1000         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1001         size_t i;
1002
1003         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1004                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1005                 if (!obj)
1006                         continue;
1007                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1008                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1009         }
1010 }
1011
1012 static const char*
1013 generation_name (int generation)
1014 {
1015         switch (generation) {
1016         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1017         case GENERATION_OLD: return "old";
1018         default: g_assert_not_reached ();
1019         }
1020 }
1021
1022 const char*
1023 sgen_generation_name (int generation)
1024 {
1025         return generation_name (generation);
1026 }
1027
1028 static void
1029 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1030 {
1031         TV_DECLARE (atv);
1032         TV_DECLARE (btv);
1033         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1034         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1035         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1036         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1037
1038         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1039         /*
1040          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1041          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1042          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1043          * additional roots and we may add more items as we go.
1044          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1045          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1046          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1047          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1048          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1049          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1050          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1051          */
1052         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1053         TV_GETTIME (atv);
1054         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1055
1056         /*
1057         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1058         collection trigged by minor overflow.
1059
1060         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1061         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1062         */
1063         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1064                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1065
1066         /*
1067          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1068          * to ensure they see the full set of live objects.
1069          */
1070         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1071
1072         /*
1073          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1074          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1075          * objects that are in fact reachable.
1076          */
1077         done_with_ephemerons = 0;
1078         do {
1079                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1080                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1081                 ++ephemeron_rounds;
1082         } while (!done_with_ephemerons);
1083
1084         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1085                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1086                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1087                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1088                 if (generation == GENERATION_OLD)
1089                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1090
1091                 /*
1092                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1093
1094                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1095                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1096
1097                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1098
1099                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1100                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1101                 be a big deal.
1102                 */
1103                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1104         }
1105
1106         /*
1107         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1108         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1109         */
1110         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1111
1112         /*
1113         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1114         finalization so they can be cleared before that.
1115         */
1116         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1117         if (generation == GENERATION_OLD)
1118                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1119
1120
1121         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1122          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1123          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1124          * are marked/copied.
1125          */
1126         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1127         if (generation == GENERATION_OLD)
1128                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1129         /* drain the new stack that might have been created */
1130         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1131         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1132
1133         /*
1134          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1135          */
1136         done_with_ephemerons = 0;
1137         do {
1138                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1139                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1140                 ++ephemeron_rounds;
1141         } while (!done_with_ephemerons);
1142
1143         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1144
1145         /*
1146          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1147          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1148          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1149         */
1150         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1151
1152         TV_GETTIME (btv);
1153         SGEN_LOG (2, "Finalize queue handling scan for %s generation: %lld usecs %d ephemeron rounds", generation_name (generation), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), ephemeron_rounds);
1154
1155         /*
1156          * handle disappearing links
1157          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1158          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1159          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1160          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1161          * called.
1162          */
1163         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1164         for (;;) {
1165                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1166                 if (generation == GENERATION_OLD)
1167                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1168                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1169                         break;
1170                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1171         }
1172
1173         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1174
1175         sgen_gray_object_queue_trim_free_list (queue);
1176         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1177 }
1178
1179 void
1180 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1181 {
1182         size_t i;
1183         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1184                 if (section->scan_starts [i]) {
1185                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1186                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1187                 }
1188         }
1189 }
1190
1191 static void
1192 check_scan_starts (void)
1193 {
1194         if (!do_scan_starts_check)
1195                 return;
1196         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1197         major_collector.check_scan_starts ();
1198 }
1199
1200 static void
1201 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1202 {
1203         void **start_root;
1204         RootRecord *root;
1205         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1206                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1207                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1208         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1209 }
1210
1211 static void
1212 init_stats (void)
1213 {
1214         static gboolean inited = FALSE;
1215
1216         if (inited)
1217                 return;
1218
1219         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1220
1221         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1222         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1223         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1224         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1225         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1226         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1227
1228         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1229         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1230         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1231         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1232         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1233         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1234         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1235         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1236         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1237         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1238
1239         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1240
1241 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1242         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1243         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1244         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1245         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1246         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1247
1248         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1249         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1250
1251         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1252         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1253         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1254         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1255
1256         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1257         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1258
1259         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1260
1261         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1262         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1263         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1264         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1265
1266         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1267 #endif
1268
1269         inited = TRUE;
1270 }
1271
1272
1273 static void
1274 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1275 {
1276         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1277 }
1278
1279 void
1280 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1281 {
1282         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1283 }
1284
1285 gboolean
1286 sgen_collection_is_concurrent (void)
1287 {
1288         switch (current_collection_generation) {
1289         case GENERATION_NURSERY:
1290                 return FALSE;
1291         case GENERATION_OLD:
1292                 return concurrent_collection_in_progress;
1293         default:
1294                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1295         }
1296         return FALSE;
1297 }
1298
1299 gboolean
1300 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1301 {
1302         return concurrent_collection_in_progress;
1303 }
1304
1305 typedef struct {
1306         SgenThreadPoolJob job;
1307         SgenObjectOperations *ops;
1308         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1309 } ScanJob;
1310
1311 static ScanCopyContext
1312 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1313 {
1314         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1315
1316         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1317 }
1318
1319 static void
1320 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1321 {
1322         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1323 }
1324
1325 typedef struct {
1326         ScanJob scan_job;
1327         char *heap_start;
1328         char *heap_end;
1329         int root_type;
1330 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1331
1332 static void
1333 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1334 {
1335         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1336         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1337
1338         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1339 }
1340
1341 typedef struct {
1342         ScanJob scan_job;
1343         char *heap_start;
1344         char *heap_end;
1345 } ScanThreadDataJob;
1346
1347 static void
1348 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1349 {
1350         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1351         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1352
1353         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1354 }
1355
1356 typedef struct {
1357         ScanJob scan_job;
1358         SgenPointerQueue *queue;
1359 } ScanFinalizerEntriesJob;
1360
1361 static void
1362 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1363 {
1364         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1365         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1366
1367         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1368 }
1369
1370 static void
1371 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1372 {
1373         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1374         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1375
1376         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1377         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1378 }
1379
1380 static void
1381 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1382 {
1383         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1384         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1385
1386         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1387         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1388 }
1389
1390 static void
1391 job_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1392 {
1393         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1394         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1395
1396         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1397
1398         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1399         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1400
1401         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1402 }
1403
1404 static void
1405 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1406 {
1407         if (use_workers)
1408                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1409         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1410 }
1411
1412 static void
1413 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1414 {
1415         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1416         ScanThreadDataJob *stdj;
1417         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1418
1419         /* registered roots, this includes static fields */
1420
1421         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1422         scrrj->scan_job.ops = ops;
1423         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1424         scrrj->heap_start = heap_start;
1425         scrrj->heap_end = heap_end;
1426         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1427         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1428
1429         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1430         scrrj->scan_job.ops = ops;
1431         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1432         scrrj->heap_start = heap_start;
1433         scrrj->heap_end = heap_end;
1434         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1435         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1436
1437         /* Threads */
1438
1439         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1440         stdj->scan_job.ops = ops;
1441         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1442         stdj->heap_start = heap_start;
1443         stdj->heap_end = heap_end;
1444         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1445
1446         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1447
1448         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1449         sfej->scan_job.ops = ops;
1450         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1451         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1452         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1453
1454         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1455         sfej->scan_job.ops = ops;
1456         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1457         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1458         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1459 }
1460
1461 /*
1462  * Perform a nursery collection.
1463  *
1464  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1465  */
1466 static gboolean
1467 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue, gboolean finish_up_concurrent_mark)
1468 {
1469         gboolean needs_major;
1470         size_t max_garbage_amount;
1471         char *nursery_next;
1472         mword fragment_total;
1473         ScanJob *sj;
1474         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1475         SgenObjectOperations *object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1476         ScanCopyContext ctx;
1477         TV_DECLARE (atv);
1478         TV_DECLARE (btv);
1479
1480         if (disable_minor_collections)
1481                 return TRUE;
1482
1483         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1484         atv = last_minor_collection_start_tv;
1485
1486         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1487
1488         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1489                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1490
1491         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1492
1493         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1494
1495         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1496
1497         check_scan_starts ();
1498
1499         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1500
1501         degraded_mode = 0;
1502         objects_pinned = 0;
1503         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1504         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1505         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1506
1507         SGEN_LOG (1, "Start nursery collection %d %p-%p, size: %d", gc_stats.minor_gc_count, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, (int)(nursery_next - sgen_get_nursery_start ()));
1508         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1509         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1510
1511         /* world must be stopped already */
1512         TV_GETTIME (btv);
1513         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1514
1515         sgen_client_pre_collection_checks ();
1516
1517         nursery_section->next_data = nursery_next;
1518
1519         major_collector.start_nursery_collection ();
1520
1521         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1522
1523         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1524         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1525
1526         gc_stats.minor_gc_count ++;
1527
1528         if (whole_heap_check_before_collection) {
1529                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1530                 sgen_check_whole_heap (finish_up_concurrent_mark);
1531         }
1532
1533         sgen_process_fin_stage_entries ();
1534
1535         /* pin from pinned handles */
1536         sgen_init_pinning ();
1537         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1538         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1539         /* pin cemented objects */
1540         sgen_pin_cemented_objects ();
1541         /* identify pinned objects */
1542         sgen_optimize_pin_queue ();
1543         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1544
1545         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1546         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1547
1548         if (remset_consistency_checks)
1549                 sgen_check_remset_consistency ();
1550
1551         TV_GETTIME (atv);
1552         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1553         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1554         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1555
1556         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1557         sj->ops = object_ops;
1558         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1559         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1560
1561         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1562         TV_GETTIME (btv);
1563         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1564         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1565
1566         sgen_pin_stats_report ();
1567
1568         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1569         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1570
1571         TV_GETTIME (atv);
1572         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1573
1574         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1575
1576         TV_GETTIME (btv);
1577         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1578
1579         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1580
1581         TV_GETTIME (atv);
1582         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1583         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1584
1585         if (objects_pinned) {
1586                 sgen_optimize_pin_queue ();
1587                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1588         }
1589
1590         /*
1591          * This is the latest point at which we can do this check, because
1592          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1593          */
1594         if (remset_consistency_checks)
1595                 sgen_check_remset_consistency ();
1596
1597         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1598          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1599          * next allocations.
1600          */
1601         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1602         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1603         if (!fragment_total)
1604                 degraded_mode = 1;
1605
1606         /* Clear TLABs for all threads */
1607         sgen_clear_tlabs ();
1608
1609         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1610         TV_GETTIME (btv);
1611         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1612         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1613
1614         if (remset_consistency_checks)
1615                 sgen_check_major_refs ();
1616
1617         major_collector.finish_nursery_collection ();
1618
1619         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1620         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1621
1622         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1623
1624         /* prepare the pin queue for the next collection */
1625         sgen_finish_pinning ();
1626         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1627                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1628                 sgen_client_finalize_notify ();
1629         }
1630         sgen_pin_stats_reset ();
1631         /* clear cemented hash */
1632         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1633
1634         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1635
1636         remset.finish_minor_collection ();
1637
1638         check_scan_starts ();
1639
1640         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1641
1642         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1643
1644         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1645         needs_major = objects_pinned > 0;
1646         current_collection_generation = -1;
1647         objects_pinned = 0;
1648
1649         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1650
1651         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1652                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1653
1654         return needs_major;
1655 }
1656
1657 typedef enum {
1658         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1659         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1660         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1661 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1662
1663 static void
1664 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1665 {
1666         LOSObject *bigobj;
1667         TV_DECLARE (atv);
1668         TV_DECLARE (btv);
1669         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1670          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1671          */
1672         char *heap_start = NULL;
1673         char *heap_end = (char*)-1;
1674         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1675         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1676
1677         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1678
1679         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1680                 /*This cleans up unused fragments */
1681                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1682
1683                 if (do_concurrent_checks)
1684                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1685         } else {
1686                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1687                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1688         }
1689
1690         TV_GETTIME (atv);
1691
1692         /* Pinning depends on this */
1693         sgen_clear_nursery_fragments ();
1694
1695         if (whole_heap_check_before_collection)
1696                 sgen_check_whole_heap (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT);
1697
1698         TV_GETTIME (btv);
1699         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1700
1701         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1702                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1703         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1704          * and deal with pointers outside of the sections later.
1705          */
1706
1707         objects_pinned = 0;
1708
1709         sgen_client_pre_collection_checks ();
1710
1711         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1712                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1713                 remset.clear_cards ();
1714         }
1715
1716         sgen_process_fin_stage_entries ();
1717
1718         TV_GETTIME (atv);
1719         sgen_init_pinning ();
1720         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1721         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1722         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1723                 /* Pin cemented objects that were forced */
1724                 sgen_pin_cemented_objects ();
1725         }
1726         sgen_optimize_pin_queue ();
1727         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1728                 /*
1729                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1730                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1731                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1732                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1733                  */
1734                 sgen_cement_force_pinned ();
1735         }
1736
1737         sgen_client_collecting_major_1 ();
1738
1739         /*
1740          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1741          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1742          * objects are pinned.
1743          *
1744          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1745          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1746          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1747          *
1748          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1749          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1750          */
1751         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1752         /* first pass for the sections */
1753         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1754         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1755         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1756         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1757                 size_t dummy;
1758                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1759                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1760
1761                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1762                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1763                                 continue;
1764                         }
1765                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1766                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1767                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1768                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1769                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1770                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1771                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1772
1773                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1774                 }
1775         }
1776
1777         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1778         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1779                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1780
1781         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1782         if (old_next_pin_slot)
1783                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1784
1785         /*
1786          * We don't actually pin when starting a concurrent collection, so the remset
1787          * consistency check won't work.
1788          */
1789         if (remset_consistency_checks && mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT)
1790                 sgen_check_remset_consistency ();
1791
1792         TV_GETTIME (btv);
1793         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1794         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1795         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1796
1797         major_collector.init_to_space ();
1798
1799         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1800         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1801                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1802                         /*
1803                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1804                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1805                          */
1806                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1807                         sgen_workers_join ();
1808                 }
1809         }
1810
1811 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1812         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1813 #endif
1814
1815         sgen_client_collecting_major_2 ();
1816
1817         TV_GETTIME (atv);
1818         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1819
1820         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1821
1822         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1823
1824         TV_GETTIME (btv);
1825         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1826
1827         /*
1828          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1829          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1830          * the roots.
1831          */
1832         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1833                 if (precleaning_enabled) {
1834                         ScanJob *sj;
1835                         /* Mod union preclean job */
1836                         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean mod union cardtable", job_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1837                         sj->ops = object_ops;
1838                         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1839                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, &sj->job);
1840                 } else {
1841                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1842                 }
1843                 gray_queue_enable_redirect (gc_thread_gray_queue);
1844         }
1845
1846         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1847                 ScanJob *sj;
1848
1849                 /* Mod union card table */
1850                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1851                 sj->ops = object_ops;
1852                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1853                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1854
1855                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1856                 sj->ops = object_ops;
1857                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1858                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1859
1860                 TV_GETTIME (atv);
1861                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1862         }
1863
1864         sgen_pin_stats_report ();
1865
1866         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1867                 sgen_finish_pinning ();
1868
1869                 sgen_pin_stats_reset ();
1870
1871                 if (do_concurrent_checks)
1872                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1873         }
1874 }
1875
1876 static void
1877 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1878 {
1879         SgenObjectOperations *object_ops;
1880
1881         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1882
1883         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1884
1885         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1886
1887         if (!concurrent)
1888                 sgen_cement_reset ();
1889
1890         if (concurrent) {
1891                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1892                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1893
1894                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1895         } else {
1896                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1897         }
1898
1899         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1900
1901         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1902
1903         //count_ref_nonref_objs ();
1904         //consistency_check ();
1905
1906         check_scan_starts ();
1907
1908         degraded_mode = 0;
1909         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1910         gc_stats.major_gc_count ++;
1911
1912         if (major_collector.start_major_collection)
1913                 major_collector.start_major_collection ();
1914
1915         major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, old_next_pin_slot, concurrent ? COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT : COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL, object_ops);
1916 }
1917
1918 static void
1919 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1920 {
1921         ScannedObjectCounts counts;
1922         SgenObjectOperations *object_ops;
1923         mword fragment_total;
1924         TV_DECLARE (atv);
1925         TV_DECLARE (btv);
1926
1927         TV_GETTIME (btv);
1928
1929         if (concurrent_collection_in_progress) {
1930                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
1931
1932                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
1933
1934 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1935                 main_gc_thread = NULL;
1936 #endif
1937         } else {
1938                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1939         }
1940
1941         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1942
1943         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
1944         TV_GETTIME (atv);
1945         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1946
1947         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
1948
1949         if (objects_pinned) {
1950                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
1951
1952                 /*
1953                  * This is slow, but we just OOM'd.
1954                  *
1955                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
1956                  * queue is laid out at this point.
1957                  */
1958                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
1959                 /*
1960                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
1961                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
1962                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
1963                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
1964                  * somewhere.
1965                  */
1966                 sgen_optimize_pin_queue ();
1967                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1968                 objects_pinned = 0;
1969         }
1970
1971         reset_heap_boundaries ();
1972         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
1973
1974         if (whole_heap_check_before_collection)
1975                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1976
1977         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1978          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1979          * next allocations.
1980          */
1981         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
1982         if (!fragment_total)
1983                 degraded_mode = 1;
1984         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
1985
1986         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
1987                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1988
1989         /* prepare the pin queue for the next collection */
1990         sgen_finish_pinning ();
1991
1992         /* Clear TLABs for all threads */
1993         sgen_clear_tlabs ();
1994
1995         sgen_pin_stats_reset ();
1996
1997         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1998
1999         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2000                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2001
2002         TV_GETTIME (btv);
2003         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2004
2005         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2006         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2007
2008         TV_GETTIME (atv);
2009         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2010
2011         sgen_los_sweep ();
2012
2013         TV_GETTIME (btv);
2014         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2015
2016         major_collector.sweep ();
2017
2018         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2019
2020         TV_GETTIME (atv);
2021         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2022
2023         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2024
2025         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2026                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2027                 sgen_client_finalize_notify ();
2028         }
2029
2030         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2031         current_collection_generation = -1;
2032
2033         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2034         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2035
2036         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2037
2038         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2039         if (concurrent_collection_in_progress)
2040                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2041
2042         check_scan_starts ();
2043
2044         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2045
2046         //consistency_check ();
2047
2048         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2049 }
2050
2051 static gboolean
2052 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2053 {
2054         TV_DECLARE (time_start);
2055         TV_DECLARE (time_end);
2056         size_t old_next_pin_slot;
2057         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2058
2059         if (disable_major_collections)
2060                 return FALSE;
2061
2062         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2063                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2064                 g_assert (!num_marked);
2065         }
2066
2067         /* world must be stopped already */
2068         TV_GETTIME (time_start);
2069
2070         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2071         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2072         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2073         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2074
2075         TV_GETTIME (time_end);
2076         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2077
2078         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2079         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2080                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2081
2082         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2083 }
2084
2085 static void
2086 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2087 {
2088         TV_DECLARE (time_start);
2089         TV_DECLARE (time_end);
2090         long long num_objects_marked;
2091         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2092
2093         if (disable_major_collections)
2094                 return;
2095
2096         TV_GETTIME (time_start);
2097         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2098
2099         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2100         g_assert (num_objects_marked == 0);
2101
2102         binary_protocol_concurrent_start ();
2103
2104         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2105         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2106         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2107         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2108
2109         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2110
2111         TV_GETTIME (time_end);
2112         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2113
2114         current_collection_generation = -1;
2115 }
2116
2117 /*
2118  * Returns whether the major collection has finished.
2119  */
2120 static gboolean
2121 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2122 {
2123         return sgen_workers_all_done ();
2124 }
2125
2126 static void
2127 major_update_concurrent_collection (void)
2128 {
2129         TV_DECLARE (total_start);
2130         TV_DECLARE (total_end);
2131
2132         TV_GETTIME (total_start);
2133
2134         binary_protocol_concurrent_update ();
2135
2136         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2137         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2138
2139         TV_GETTIME (total_end);
2140         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2141 }
2142
2143 static void
2144 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2145 {
2146         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2147         TV_DECLARE (total_start);
2148         TV_DECLARE (total_end);
2149
2150         TV_GETTIME (total_start);
2151
2152         binary_protocol_concurrent_finish ();
2153
2154         /*
2155          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2156          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2157          * additional cardtable and object scanning.
2158          */
2159         sgen_workers_stop_all_workers ();
2160
2161         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2162         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2163
2164         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2165         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2166
2167         if (mod_union_consistency_check)
2168                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2169
2170         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2171         sgen_cement_reset ();
2172         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2173         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2174         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2175
2176         TV_GETTIME (total_end);
2177         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end) - TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
2178
2179         current_collection_generation = -1;
2180 }
2181
2182 /*
2183  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2184  *
2185  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2186  */
2187 void
2188 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2189 {
2190         int generation_to_collect = -1;
2191         const char *reason = NULL;
2192
2193         if (generation == GENERATION_OLD) {
2194                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2195                         reason = "LOS overflow";
2196                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2197                 }
2198         } else {
2199                 if (degraded_mode) {
2200                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2201                                 reason = "Degraded mode overflow";
2202                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2203                         }
2204                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2205                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2206                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2207                 } else {
2208                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2209                         reason = "Nursery full";                        
2210                 }
2211         }
2212
2213         if (generation_to_collect == -1) {
2214                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2215                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2216                         reason = "Finish concurrent collection";
2217                 }
2218         }
2219
2220         if (generation_to_collect == -1)
2221                 return;
2222         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2223 }
2224
2225 /*
2226  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2227  */
2228 void
2229 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2230 {
2231         TV_DECLARE (gc_total_start);
2232         TV_DECLARE (gc_total_end);
2233         int overflow_generation_to_collect = -1;
2234         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2235         const char *overflow_reason = NULL;
2236         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2237
2238         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2239
2240         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2241
2242         if (stw)
2243                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2244         else
2245                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2246                 
2247
2248         TV_GETTIME (gc_total_start);
2249
2250         // FIXME: extract overflow reason
2251         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2252         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2253                 if (concurrent_collection_in_progress)
2254                         major_update_concurrent_collection ();
2255
2256                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL, FALSE) && !concurrent_collection_in_progress) {
2257                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2258                         overflow_reason = "Minor overflow";
2259                 }
2260         } else if (finish_concurrent) {
2261                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2262                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2263         } else {
2264                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2265                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2266                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL, FALSE);
2267                         major_start_concurrent_collection (reason);
2268                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2269                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2270                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2271                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2272                 }
2273         }
2274
2275         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2276                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2277
2278                 /*
2279                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2280                  * or the nursery is fully pinned.
2281                  */
2282
2283                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2284                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL, FALSE);
2285                 else
2286                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2287
2288                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2289         }
2290
2291         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2292
2293         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2294         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2295                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2296                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2297                 sgen_dump_pin_queue ();
2298                 degraded_mode = 1;
2299         }
2300
2301         TV_GETTIME (gc_total_end);
2302         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2303
2304         if (stw)
2305                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2306 }
2307
2308 /*
2309  * ######################################################################
2310  * ########  Memory allocation from the OS
2311  * ######################################################################
2312  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2313  * allocating memory for GC-internal data structures.
2314  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2315  */
2316
2317 /*
2318  * Debug reporting.
2319  */
2320 G_GNUC_UNUSED static void
2321 report_internal_mem_usage (void)
2322 {
2323         printf ("Internal memory usage:\n");
2324         sgen_report_internal_mem_usage ();
2325         printf ("Pinned memory usage:\n");
2326         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2327 }
2328
2329 /*
2330  * ######################################################################
2331  * ########  Finalization support
2332  * ######################################################################
2333  */
2334
2335 /*
2336  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2337  * If it is pinned it's still alive as well.
2338  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2339  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2340  */
2341 static inline gboolean
2342 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2343 {
2344         if (ptr_in_nursery (object))
2345                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2346
2347         return sgen_major_is_object_alive (object);
2348 }
2349
2350 /*
2351  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2352  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2353  * are never alive during a minor collection.
2354  */
2355 static inline int
2356 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2357 {
2358         if (ptr_in_nursery (object))
2359                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2360
2361         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2362                 return FALSE;
2363
2364         return sgen_major_is_object_alive (object);
2365 }
2366
2367
2368 gboolean
2369 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2370 {
2371         return !sgen_is_object_alive (object);
2372 }
2373
2374 void
2375 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2376 {
2377         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2378
2379         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2380
2381         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2382 }
2383
2384 gboolean
2385 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2386 {
2387         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2388 }
2389
2390 /*
2391  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2392  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2393  * all finalizers have really finished running.
2394  *
2395  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2396  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2397  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2398  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2399  */
2400
2401 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2402
2403 int
2404 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2405 {
2406         int count = 0;
2407
2408         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2409
2410         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2411         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2412                 GCObject *obj;
2413
2414                 LOCK_GC;
2415
2416                 /*
2417                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2418                  * finalizable object.
2419                  */
2420                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2421                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2422                         mono_memory_write_barrier ();
2423                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2424                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2425                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2426                         mono_memory_write_barrier ();
2427                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2428                 } else {
2429                         obj = NULL;
2430                 }
2431
2432                 if (obj)
2433                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2434
2435                 UNLOCK_GC;
2436
2437                 if (!obj)
2438                         break;
2439
2440                 count++;
2441                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2442                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2443                 sgen_client_run_finalize (obj);
2444         }
2445
2446         if (pending_unqueued_finalizer) {
2447                 mono_memory_write_barrier ();
2448                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2449         }
2450
2451         return count;
2452 }
2453
2454 gboolean
2455 sgen_have_pending_finalizers (void)
2456 {
2457         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2458 }
2459
2460 /*
2461  * ######################################################################
2462  * ########  registered roots support
2463  * ######################################################################
2464  */
2465
2466 /*
2467  * We do not coalesce roots.
2468  */
2469 int
2470 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2471 {
2472         RootRecord new_root;
2473         int i;
2474         LOCK_GC;
2475         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2476                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2477                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2478                 if (root) {
2479                         size_t old_size = root->end_root - start;
2480                         root->end_root = start + size;
2481                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2482                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2483                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2484                         root->root_desc = descr;
2485                         roots_size += size;
2486                         roots_size -= old_size;
2487                         UNLOCK_GC;
2488                         return TRUE;
2489                 }
2490         }
2491
2492         new_root.end_root = start + size;
2493         new_root.root_desc = descr;
2494         new_root.source = source;
2495         new_root.msg = msg;
2496
2497         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2498         roots_size += size;
2499
2500         SGEN_LOG (3, "Added root for range: %p-%p, descr: %llx  (%d/%d bytes)", start, new_root.end_root, (long long)descr, (int)size, (int)roots_size);
2501
2502         UNLOCK_GC;
2503         return TRUE;
2504 }
2505
2506 void
2507 sgen_deregister_root (char* addr)
2508 {
2509         int root_type;
2510         RootRecord root;
2511
2512         LOCK_GC;
2513         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2514                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2515                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2516         }
2517         UNLOCK_GC;
2518 }
2519
2520 /*
2521  * ######################################################################
2522  * ########  Thread handling (stop/start code)
2523  * ######################################################################
2524  */
2525
2526 int
2527 sgen_get_current_collection_generation (void)
2528 {
2529         return current_collection_generation;
2530 }
2531
2532 void*
2533 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2534 {
2535 #ifndef HAVE_KW_THREAD
2536         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2537 #endif
2538
2539         sgen_init_tlab_info (info);
2540
2541         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2542
2543         return info;
2544 }
2545
2546 void
2547 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2548 {
2549         sgen_client_thread_unregister (p);
2550 }
2551
2552 /*
2553  * ######################################################################
2554  * ########  Write barriers
2555  * ######################################################################
2556  */
2557
2558 /*
2559  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2560  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2561  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2562  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2563  */
2564
2565 void
2566 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2567 {
2568         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2569         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2570         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2571                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2572                 return;
2573         }
2574
2575 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2576         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2577                 int i;
2578                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2579                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2580                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2581                         if (obj)
2582                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2583                 }
2584         }
2585 #endif
2586
2587         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2588 }
2589
2590 void
2591 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2592 {
2593         gpointer obj;
2594
2595         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2596
2597         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2598
2599         obj = *(gpointer*)ptr;
2600         if (obj)
2601                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2602
2603         /*
2604          * We need to record old->old pointer locations for the
2605          * concurrent collector.
2606          */
2607         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2608                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2609                 return;
2610         }
2611
2612         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2613
2614         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2615 }
2616
2617 void
2618 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2619 {
2620         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2621         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2622         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2623                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2624         sgen_dummy_use (value);
2625 }
2626
2627 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2628  * as an atomic operation with release semantics.
2629  */
2630 void
2631 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2632 {
2633         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2634
2635         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2636
2637         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2638
2639         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2640                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2641
2642         sgen_dummy_use (value);
2643 }
2644
2645 void
2646 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2647 {
2648         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2649         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2650
2651         while (size) {
2652                 if (bitmap & 0x1)
2653                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2654                 else
2655                         *dest = *src;
2656                 ++src;
2657                 ++dest;
2658                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2659                 bitmap >>= 1;
2660         }
2661 }
2662
2663 /*
2664  * ######################################################################
2665  * ########  Other mono public interface functions.
2666  * ######################################################################
2667  */
2668
2669 void
2670 sgen_gc_collect (int generation)
2671 {
2672         LOCK_GC;
2673         if (generation > 1)
2674                 generation = 1;
2675         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2676         UNLOCK_GC;
2677 }
2678
2679 int
2680 sgen_gc_collection_count (int generation)
2681 {
2682         if (generation == 0)
2683                 return gc_stats.minor_gc_count;
2684         return gc_stats.major_gc_count;
2685 }
2686
2687 size_t
2688 sgen_gc_get_used_size (void)
2689 {
2690         gint64 tot = 0;
2691         LOCK_GC;
2692         tot = los_memory_usage;
2693         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2694         tot += major_collector.get_used_size ();
2695         /* FIXME: account for pinned objects */
2696         UNLOCK_GC;
2697         return tot;
2698 }
2699
2700 void
2701 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2702 {
2703         va_list ap;
2704
2705         va_start (ap, description_format);
2706
2707         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2708         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2709         if (fallback)
2710                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2711         fprintf (stderr, "\n");
2712
2713         va_end (ap);
2714 }
2715
2716 static gboolean
2717 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2718 {
2719         char *endptr;
2720         double val = strtod (opt, &endptr);
2721         if (endptr == opt) {
2722                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2723                 return FALSE;
2724         }
2725         else if (val < min || val > max) {
2726                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2727                 return FALSE;
2728         }
2729         *result = val;
2730         return TRUE;
2731 }
2732
2733 void
2734 sgen_gc_init (void)
2735 {
2736         const char *env;
2737         char **opts, **ptr;
2738         char *major_collector_opt = NULL;
2739         char *minor_collector_opt = NULL;
2740         size_t max_heap = 0;
2741         size_t soft_limit = 0;
2742         int result;
2743         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2744         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2745         gboolean cement_enabled = TRUE;
2746
2747         do {
2748                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2749                 switch (result) {
2750                 case 1:
2751                         /* already inited */
2752                         return;
2753                 case -1:
2754                         /* being inited by another thread */
2755                         mono_thread_info_usleep (1000);
2756                         break;
2757                 case 0:
2758                         /* we will init it */
2759                         break;
2760                 default:
2761                         g_assert_not_reached ();
2762                 }
2763         } while (result != 0);
2764
2765         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2766
2767 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2768         mono_thread_smr_init ();
2769 #endif
2770
2771         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2772
2773         gc_debug_file = stderr;
2774
2775         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2776
2777         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME))) {
2778                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2779                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2780                         char *opt = *ptr;
2781                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2782                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2783                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2784                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2785                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2786                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2787                         }
2788                 }
2789         } else {
2790                 opts = NULL;
2791         }
2792
2793         init_stats ();
2794         sgen_init_internal_allocator ();
2795         sgen_init_nursery_allocator ();
2796         sgen_init_fin_weak_hash ();
2797         sgen_init_hash_table ();
2798         sgen_init_descriptors ();
2799         sgen_init_gray_queues ();
2800         sgen_init_allocator ();
2801         sgen_init_gchandles ();
2802
2803         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2804         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2805
2806         sgen_client_init ();
2807
2808         if (!minor_collector_opt) {
2809                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2810         } else {
2811                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2812                 use_simple_nursery:
2813                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2814                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2815                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2816                 } else {
2817                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2818                         goto use_simple_nursery;
2819                 }
2820         }
2821
2822         if (!major_collector_opt) {
2823         use_default_major:
2824                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2825         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2826                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2827         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2828                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2829         } else {
2830                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2831                 goto use_default_major;
2832         }
2833
2834         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2835
2836         if (opts) {
2837                 gboolean usage_printed = FALSE;
2838
2839                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2840                         char *opt = *ptr;
2841                         if (!strcmp (opt, ""))
2842                                 continue;
2843                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2844                                 continue;
2845                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2846                                 continue;
2847                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2848                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2849                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2850                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2851                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2852                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2853                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2854                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2855                                 } else {
2856                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2857                                 }
2858                                 continue;
2859                         }
2860                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2861                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2862                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2863                                         if (soft_limit <= 0) {
2864                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2865                                                 soft_limit = 0;
2866                                         }
2867                                 } else {
2868                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2869                                 }
2870                                 continue;
2871                         }
2872
2873 #ifdef USER_CONFIG
2874                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2875                                 size_t val;
2876                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2877                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2878                                         if ((val & (val - 1))) {
2879                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2880                                                 continue;
2881                                         }
2882
2883                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2884                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2885                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2886                                                 continue;
2887                                         }
2888
2889                                         sgen_nursery_size = val;
2890                                         sgen_nursery_bits = 0;
2891                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2892                                                 ;
2893                                 } else {
2894                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2895                                         continue;
2896                                 }
2897                                 continue;
2898                         }
2899 #endif
2900                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2901                                 double val;
2902                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2903                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2904                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2905                                         save_target = val;
2906                                 }
2907                                 continue;
2908                         }
2909                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2910                                 double val;
2911                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2912                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2913                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
2914                                         allowance_ratio = val;
2915                                 }
2916                                 continue;
2917                         }
2918
2919                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
2920                                 cement_enabled = TRUE;
2921                                 continue;
2922                         }
2923                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
2924                                 cement_enabled = FALSE;
2925                                 continue;
2926                         }
2927
2928                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
2929                                 precleaning_enabled = TRUE;
2930                                 continue;
2931                         }
2932                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
2933                                 precleaning_enabled = FALSE;
2934                                 continue;
2935                         }
2936
2937                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
2938                                 continue;
2939
2940                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
2941                                 continue;
2942
2943                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
2944                                 continue;
2945
2946                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
2947
2948                         if (usage_printed)
2949                                 continue;
2950
2951                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
2952                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2953                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2954                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2955                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
2956                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
2957                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
2958                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
2959                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
2960                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
2961                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
2962                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
2963                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
2964                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
2965                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
2966                         fprintf (stderr, "  default-allowance-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO);
2967                         fprintf (stderr, "\n");
2968
2969                         usage_printed = TRUE;
2970                 }
2971                 g_strfreev (opts);
2972         }
2973
2974         if (major_collector_opt)
2975                 g_free (major_collector_opt);
2976
2977         if (minor_collector_opt)
2978                 g_free (minor_collector_opt);
2979
2980         alloc_nursery ();
2981
2982         sgen_pinning_init ();
2983         sgen_cement_init (cement_enabled);
2984
2985         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME))) {
2986                 gboolean usage_printed = FALSE;
2987
2988                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2989                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
2990                         char *opt = *ptr;
2991                         if (!strcmp (opt, ""))
2992                                 continue;
2993                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
2994                                 gc_debug_level = atoi (opt);
2995                                 opt++;
2996                                 if (opt [0] == ':')
2997                                         opt++;
2998                                 if (opt [0]) {
2999                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3000                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3001                                         if (!gc_debug_file)
3002                                                 gc_debug_file = stderr;
3003                                         g_free (rf);
3004                                 }
3005                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3006                                 debug_print_allowance = TRUE;
3007                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3008                                 sgen_pin_stats_enable ();
3009                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3010                                 verify_before_allocs = 1;
3011                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3012                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3013                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3014                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3015                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3016                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3017                                 collect_before_allocs = 1;
3018                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3019                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3020                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3021                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3022                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3023                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3024                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3025                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3026                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3027                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3028                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3029                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3030                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3031                                         continue;
3032                                 }
3033                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3034                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3035                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3036                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3037                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3038                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3039                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3040                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3041                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3042                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3043                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3044                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3045                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3046                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3047                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3048                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3049                                 do_verify_nursery = TRUE;
3050                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3051                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3052                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3053                                         continue;
3054                                 }
3055                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3056                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3057                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3058                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3059                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3060                                 disable_minor_collections = TRUE;
3061                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3062                                 disable_major_collections = TRUE;
3063                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3064                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3065                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3066                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3067                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3068                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3069                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3070                                 size_t limit = 0;
3071                                 if (colon) {
3072                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3073                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3074                                                 limit = -1;
3075                                         }
3076                                         *colon = '\0';
3077                                 }
3078                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3079                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3080                                 do_verify_nursery = TRUE;
3081                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3082                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3083                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3084
3085                                 if (usage_printed)
3086                                         continue;
3087
3088                                 fprintf (stderr, "\n%s must be of the format [<l>[:<filename>]|<option>]+ where <l> is a debug level 0-9.\n", MONO_GC_DEBUG_NAME);
3089                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3090                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3091                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3092                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3093                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3094                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3095                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3096                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3097                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3098                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3099                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3100                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3101                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3102                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3103                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3104                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3105                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3106                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3107                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3108                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3109                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3110                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3111                                 fprintf (stderr, "\n");
3112
3113                                 usage_printed = TRUE;
3114                         }
3115                 }
3116                 g_strfreev (opts);
3117         }
3118
3119         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3120                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3121
3122         if (major_collector.post_param_init)
3123                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3124
3125         if (major_collector.needs_thread_pool)
3126                 sgen_workers_init (1);
3127
3128         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3129
3130         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3131
3132         sgen_card_table_init (&remset);
3133
3134         sgen_register_root (NULL, 0, sgen_make_user_root_descriptor (sgen_mark_normal_gc_handles), ROOT_TYPE_NORMAL, MONO_ROOT_SOURCE_GC_HANDLE, "normal gc handles");
3135
3136         gc_initialized = 1;
3137
3138         sgen_init_bridge ();
3139 }
3140
3141 gboolean
3142 sgen_gc_initialized ()
3143 {
3144         return gc_initialized > 0;
3145 }
3146
3147 NurseryClearPolicy
3148 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3149 {
3150         return nursery_clear_policy;
3151 }
3152
3153 void
3154 sgen_gc_lock (void)
3155 {
3156         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3157 }
3158
3159 void
3160 sgen_gc_unlock (void)
3161 {
3162         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3163 }
3164
3165 void
3166 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3167 {
3168         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3169 }
3170
3171 void
3172 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3173 {
3174         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3175 }
3176
3177 SgenMajorCollector*
3178 sgen_get_major_collector (void)
3179 {
3180         return &major_collector;
3181 }
3182
3183 SgenRememberedSet*
3184 sgen_get_remset (void)
3185 {
3186         return &remset;
3187 }
3188
3189 static void
3190 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3191 {
3192         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3193         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3194 }
3195
3196 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3197
3198 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3199 void
3200 sgen_stop_world (int generation)
3201 {
3202         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3203
3204         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3205
3206         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3207
3208         sgen_client_stop_world (generation);
3209
3210         world_is_stopped = TRUE;
3211
3212         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3213                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3214         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3215 }
3216
3217 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3218 void
3219 sgen_restart_world (int generation)
3220 {
3221         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3222         gint64 stw_time;
3223
3224         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3225
3226         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3227                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3228         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3229
3230         world_is_stopped = FALSE;
3231
3232         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3233
3234         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3235
3236         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3237                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3238
3239         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3240 }
3241
3242 gboolean
3243 sgen_is_world_stopped (void)
3244 {
3245         return world_is_stopped;
3246 }
3247
3248 void
3249 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3250 {
3251         sgen_stop_world (0);
3252         sgen_clear_nursery_fragments ();
3253         sgen_check_whole_heap (FALSE);
3254         sgen_restart_world (0);
3255 }
3256
3257 gint64
3258 sgen_timestamp (void)
3259 {
3260         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3261         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3262         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3263 }
3264
3265 #endif /* HAVE_SGEN_GC */