dcce323e982bb2d735db7c3d67ec4ddd57ddcfca
[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  * This library is free software; you can redistribute it and/or
22  * modify it under the terms of the GNU Library General Public
23  * License 2.0 as published by the Free Software Foundation;
24  *
25  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
26  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
27  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
28  * Library General Public License for more details.
29  *
30  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
31  * License 2.0 along with this library; if not, write to the Free
32  * Software Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
33  *
34  * Important: allocation provides always zeroed memory, having to do
35  * a memset after allocation is deadly for performance.
36  * Memory usage at startup is currently as follows:
37  * 64 KB pinned space
38  * 64 KB internal space
39  * size of nursery
40  * We should provide a small memory config with half the sizes
41  *
42  * We currently try to make as few mono assumptions as possible:
43  * 1) 2-word header with no GC pointers in it (first vtable, second to store the
44  *    forwarding ptr)
45  * 2) gc descriptor is the second word in the vtable (first word in the class)
46  * 3) 8 byte alignment is the minimum and enough (not true for special structures (SIMD), FIXME)
47  * 4) there is a function to get an object's size and the number of
48  *    elements in an array.
49  * 5) we know the special way bounds are allocated for complex arrays
50  * 6) we know about proxies and how to treat them when domains are unloaded
51  *
52  * Always try to keep stack usage to a minimum: no recursive behaviour
53  * and no large stack allocs.
54  *
55  * General description.
56  * Objects are initially allocated in a nursery using a fast bump-pointer technique.
57  * When the nursery is full we start a nursery collection: this is performed with a
58  * copying GC.
59  * When the old generation is full we start a copying GC of the old generation as well:
60  * this will be changed to mark&sweep with copying when fragmentation becomes to severe
61  * in the future.  Maybe we'll even do both during the same collection like IMMIX.
62  *
63  * The things that complicate this description are:
64  * *) pinned objects: we can't move them so we need to keep track of them
65  * *) no precise info of the thread stacks and registers: we need to be able to
66  *    quickly find the objects that may be referenced conservatively and pin them
67  *    (this makes the first issues more important)
68  * *) large objects are too expensive to be dealt with using copying GC: we handle them
69  *    with mark/sweep during major collections
70  * *) some objects need to not move even if they are small (interned strings, Type handles):
71  *    we use mark/sweep for them, too: they are not allocated in the nursery, but inside
72  *    PinnedChunks regions
73  */
74
75 /*
76  * TODO:
77
78  *) we could have a function pointer in MonoClass to implement
79   customized write barriers for value types
80
81  *) investigate the stuff needed to advance a thread to a GC-safe
82   point (single-stepping, read from unmapped memory etc) and implement it.
83   This would enable us to inline allocations and write barriers, for example,
84   or at least parts of them, like the write barrier checks.
85   We may need this also for handling precise info on stacks, even simple things
86   as having uninitialized data on the stack and having to wait for the prolog
87   to zero it. Not an issue for the last frame that we scan conservatively.
88   We could always not trust the value in the slots anyway.
89
90  *) modify the jit to save info about references in stack locations:
91   this can be done just for locals as a start, so that at least
92   part of the stack is handled precisely.
93
94  *) test/fix endianess issues
95
96  *) Implement a card table as the write barrier instead of remembered
97     sets?  Card tables are not easy to implement with our current
98     memory layout.  We have several different kinds of major heap
99     objects: Small objects in regular blocks, small objects in pinned
100     chunks and LOS objects.  If we just have a pointer we have no way
101     to tell which kind of object it points into, therefore we cannot
102     know where its card table is.  The least we have to do to make
103     this happen is to get rid of write barriers for indirect stores.
104     (See next item)
105
106  *) Get rid of write barriers for indirect stores.  We can do this by
107     telling the GC to wbarrier-register an object once we do an ldloca
108     or ldelema on it, and to unregister it once it's not used anymore
109     (it can only travel downwards on the stack).  The problem with
110     unregistering is that it needs to happen eventually no matter
111     what, even if exceptions are thrown, the thread aborts, etc.
112     Rodrigo suggested that we could do only the registering part and
113     let the collector find out (pessimistically) when it's safe to
114     unregister, namely when the stack pointer of the thread that
115     registered the object is higher than it was when the registering
116     happened.  This might make for a good first implementation to get
117     some data on performance.
118
119  *) Some sort of blacklist support?  Blacklists is a concept from the
120     Boehm GC: if during a conservative scan we find pointers to an
121     area which we might use as heap, we mark that area as unusable, so
122     pointer retention by random pinning pointers is reduced.
123
124  *) experiment with max small object size (very small right now - 2kb,
125     because it's tied to the max freelist size)
126
127   *) add an option to mmap the whole heap in one chunk: it makes for many
128      simplifications in the checks (put the nursery at the top and just use a single
129      check for inclusion/exclusion): the issue this has is that on 32 bit systems it's
130      not flexible (too much of the address space may be used by default or we can't
131      increase the heap as needed) and we'd need a race-free mechanism to return memory
132      back to the system (mprotect(PROT_NONE) will still keep the memory allocated if it
133      was written to, munmap is needed, but the following mmap may not find the same segment
134      free...)
135
136  *) memzero the major fragments after restarting the world and optionally a smaller
137     chunk at a time
138
139  *) investigate having fragment zeroing threads
140
141  *) separate locks for finalization and other minor stuff to reduce
142     lock contention
143
144  *) try a different copying order to improve memory locality
145
146  *) a thread abort after a store but before the write barrier will
147     prevent the write barrier from executing
148
149  *) specialized dynamically generated markers/copiers
150
151  *) Dynamically adjust TLAB size to the number of threads.  If we have
152     too many threads that do allocation, we might need smaller TLABs,
153     and we might get better performance with larger TLABs if we only
154     have a handful of threads.  We could sum up the space left in all
155     assigned TLABs and if that's more than some percentage of the
156     nursery size, reduce the TLAB size.
157
158  *) Explore placing unreachable objects on unused nursery memory.
159         Instead of memset'ng a region to zero, place an int[] covering it.
160         A good place to start is add_nursery_frag. The tricky thing here is
161         placing those objects atomically outside of a collection.
162
163  *) Allocation should use asymmetric Dekker synchronization:
164         http://blogs.oracle.com/dave/resource/Asymmetric-Dekker-Synchronization.txt
165         This should help weak consistency archs.
166  */
167 #include "config.h"
168 #ifdef HAVE_SGEN_GC
169
170 #ifdef __MACH__
171 #undef _XOPEN_SOURCE
172 #define _XOPEN_SOURCE
173 #define _DARWIN_C_SOURCE
174 #endif
175
176 #ifdef HAVE_UNISTD_H
177 #include <unistd.h>
178 #endif
179 #ifdef HAVE_PTHREAD_H
180 #include <pthread.h>
181 #endif
182 #ifdef HAVE_PTHREAD_NP_H
183 #include <pthread_np.h>
184 #endif
185 #include <stdio.h>
186 #include <string.h>
187 #include <errno.h>
188 #include <assert.h>
189 #include <stdlib.h>
190
191 #include "mono/sgen/sgen-gc.h"
192 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
193 #include "mono/sgen/sgen-protocol.h"
194 #include "mono/sgen/sgen-memory-governor.h"
195 #include "mono/sgen/sgen-hash-table.h"
196 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
197 #include "mono/sgen/sgen-pinning.h"
198 #include "mono/sgen/sgen-workers.h"
199 #include "mono/sgen/sgen-client.h"
200 #include "mono/sgen/sgen-pointer-queue.h"
201 #include "mono/sgen/gc-internal-agnostic.h"
202 #include "mono/utils/mono-proclib.h"
203 #include "mono/utils/mono-memory-model.h"
204 #include "mono/utils/hazard-pointer.h"
205
206 #include <mono/utils/memcheck.h>
207
208 #undef pthread_create
209 #undef pthread_join
210 #undef pthread_detach
211
212 /*
213  * ######################################################################
214  * ########  Types and constants used by the GC.
215  * ######################################################################
216  */
217
218 /* 0 means not initialized, 1 is initialized, -1 means in progress */
219 static int gc_initialized = 0;
220 /* If set, check if we need to do something every X allocations */
221 gboolean has_per_allocation_action;
222 /* If set, do a heap check every X allocation */
223 guint32 verify_before_allocs = 0;
224 /* If set, do a minor collection before every X allocation */
225 guint32 collect_before_allocs = 0;
226 /* If set, do a whole heap check before each collection */
227 static gboolean whole_heap_check_before_collection = FALSE;
228 /* If set, do a heap consistency check before each minor collection */
229 static gboolean consistency_check_at_minor_collection = FALSE;
230 /* If set, do a mod union consistency check before each finishing collection pause */
231 static gboolean mod_union_consistency_check = FALSE;
232 /* If set, check whether mark bits are consistent after major collections */
233 static gboolean check_mark_bits_after_major_collection = FALSE;
234 /* If set, check that all nursery objects are pinned/not pinned, depending on context */
235 static gboolean check_nursery_objects_pinned = FALSE;
236 /* If set, do a few checks when the concurrent collector is used */
237 static gboolean do_concurrent_checks = FALSE;
238 /* If set, do a plausibility check on the scan_starts before and after
239    each collection */
240 static gboolean do_scan_starts_check = FALSE;
241
242 static gboolean disable_minor_collections = FALSE;
243 static gboolean disable_major_collections = FALSE;
244 static gboolean do_verify_nursery = FALSE;
245 static gboolean do_dump_nursery_content = FALSE;
246 static gboolean enable_nursery_canaries = FALSE;
247
248 static gboolean precleaning_enabled = TRUE;
249
250 #ifdef HEAVY_STATISTICS
251 guint64 stat_objects_alloced_degraded = 0;
252 guint64 stat_bytes_alloced_degraded = 0;
253
254 guint64 stat_copy_object_called_nursery = 0;
255 guint64 stat_objects_copied_nursery = 0;
256 guint64 stat_copy_object_called_major = 0;
257 guint64 stat_objects_copied_major = 0;
258
259 guint64 stat_scan_object_called_nursery = 0;
260 guint64 stat_scan_object_called_major = 0;
261
262 guint64 stat_slots_allocated_in_vain;
263
264 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_from_space = 0;
265 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_forwarded = 0;
266 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_pinned = 0;
267 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_to_space = 0;
268
269 static guint64 stat_wbarrier_add_to_global_remset = 0;
270 static guint64 stat_wbarrier_arrayref_copy = 0;
271 static guint64 stat_wbarrier_generic_store = 0;
272 static guint64 stat_wbarrier_generic_store_atomic = 0;
273 static guint64 stat_wbarrier_set_root = 0;
274 #endif
275
276 static guint64 stat_pinned_objects = 0;
277
278 static guint64 time_minor_pre_collection_fragment_clear = 0;
279 static guint64 time_minor_pinning = 0;
280 static guint64 time_minor_scan_remsets = 0;
281 static guint64 time_minor_scan_pinned = 0;
282 static guint64 time_minor_scan_roots = 0;
283 static guint64 time_minor_finish_gray_stack = 0;
284 static guint64 time_minor_fragment_creation = 0;
285
286 static guint64 time_major_pre_collection_fragment_clear = 0;
287 static guint64 time_major_pinning = 0;
288 static guint64 time_major_scan_pinned = 0;
289 static guint64 time_major_scan_roots = 0;
290 static guint64 time_major_scan_mod_union = 0;
291 static guint64 time_major_finish_gray_stack = 0;
292 static guint64 time_major_free_bigobjs = 0;
293 static guint64 time_major_los_sweep = 0;
294 static guint64 time_major_sweep = 0;
295 static guint64 time_major_fragment_creation = 0;
296
297 static guint64 time_max = 0;
298
299 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_start);
300 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_end);
301
302 static SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
303 static SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
304
305 int gc_debug_level = 0;
306 FILE* gc_debug_file;
307
308 /*
309 void
310 mono_gc_flush_info (void)
311 {
312         fflush (gc_debug_file);
313 }
314 */
315
316 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
317 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
318 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
319
320 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
321
322 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
323
324 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
325 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
326 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
327
328 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
329
330 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
331
332 gboolean
333 nursery_canaries_enabled (void)
334 {
335         return enable_nursery_canaries;
336 }
337
338 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
339
340 /*
341  * ######################################################################
342  * ########  Global data.
343  * ######################################################################
344  */
345 MonoCoopMutex gc_mutex;
346
347 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
348
349 size_t degraded_mode = 0;
350
351 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
352
353 GCMemSection *nursery_section = NULL;
354 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
355 static volatile mword highest_heap_address = 0;
356
357 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
358
359 int current_collection_generation = -1;
360 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
361
362 /* objects that are ready to be finalized */
363 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
364 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
365
366 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
367 /* 
368  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
369  */
370 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
371         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
372         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
373         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
374 };
375 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
376
377 /* The size of a TLAB */
378 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
379  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
380  * FIXME: Tune this.
381  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
382  */
383 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
384
385 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
386
387 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
388
389 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
390
391 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
392 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
393 #endif
394
395 /*Object was pinned during the current collection*/
396 static mword objects_pinned;
397
398 /*
399  * ######################################################################
400  * ########  Macros and function declarations.
401  * ######################################################################
402  */
403
404 typedef SgenGrayQueue GrayQueue;
405
406 /* forward declarations */
407 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
408
409 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
410 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
411
412
413 SgenMajorCollector major_collector;
414 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
415 /* FIXME: get rid of this */
416 static GrayQueue gray_queue;
417
418 static SgenRememberedSet remset;
419
420 /* The gray queue to use from the main collection thread. */
421 #define WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE   (&gray_queue)
422
423 /*
424  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
425  * concurrent, we use the main gray queue.
426  */
427 static SgenGrayQueue*
428 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data)
429 {
430         return worker_data ? &worker_data->private_gray_queue : WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE;
431 }
432
433 static void
434 gray_queue_redirect (SgenGrayQueue *queue)
435 {
436         gboolean wake = FALSE;
437
438         for (;;) {
439                 GrayQueueSection *section = sgen_gray_object_dequeue_section (queue);
440                 if (!section)
441                         break;
442                 sgen_section_gray_queue_enqueue ((SgenSectionGrayQueue *)queue->alloc_prepare_data, section);
443                 wake = TRUE;
444         }
445
446         if (wake) {
447                 g_assert (concurrent_collection_in_progress);
448                 sgen_workers_ensure_awake ();
449         }
450 }
451
452 static void
453 gray_queue_enable_redirect (SgenGrayQueue *queue)
454 {
455         if (!concurrent_collection_in_progress)
456                 return;
457
458         sgen_gray_queue_set_alloc_prepare (queue, gray_queue_redirect, sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ());
459         gray_queue_redirect (queue);
460 }
461
462 void
463 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
464 {
465         while (start < end) {
466                 size_t size;
467                 char *obj;
468
469                 if (!*(void**)start) {
470                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
471                         continue;
472                 }
473
474                 if (allow_flags) {
475                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
476                                 obj = start;
477                 } else {
478                         obj = start;
479                 }
480
481                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
482                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
483                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
484                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
485                         CANARIFY_SIZE (size);
486                 } else {
487                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
488                 }
489
490                 start += size;
491         }
492 }
493
494 /*
495  * sgen_add_to_global_remset:
496  *
497  *   The global remset contains locations which point into newspace after
498  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
499  *
500  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
501  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
502  */
503 void
504 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
505 {
506         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
507
508         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
509
510         if (!major_collector.is_concurrent) {
511                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
512         } else {
513                 if (current_collection_generation == -1)
514                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
515         }
516
517         if (!object_is_pinned (obj))
518                 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");
519         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
520                 return;
521
522         remset.record_pointer (ptr);
523
524         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
525
526         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
527         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
528 }
529
530 /*
531  * sgen_drain_gray_stack:
532  *
533  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
534  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
535  * usage.
536  *
537  */
538 gboolean
539 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
540 {
541         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
542         GrayQueue *queue = ctx.queue;
543
544         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
545                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
546
547         for (;;) {
548                 GCObject *obj;
549                 SgenDescriptor desc;
550                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
551                 if (!obj)
552                         return TRUE;
553                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
554                 scan_func (obj, desc, queue);
555         }
556         return FALSE;
557 }
558
559 /*
560  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
561  * the object header for each address and pins the object. The
562  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
563  * address array is overwritten with the addresses of the actually
564  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
565  */
566 static int
567 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
568 {
569         GCMemSection *section = nursery_section;
570         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
571         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
572         void *start_nursery = section->data;
573         void *end_nursery = section->next_data;
574         void *last = NULL;
575         int count = 0;
576         void *search_start;
577         void *addr;
578         void *pinning_front = start_nursery;
579         size_t idx;
580         void **definitely_pinned = start;
581         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
582         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
583
584         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
585
586         while (start < end) {
587                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
588                 size_t obj_to_pin_size = 0;
589                 SgenDescriptor desc;
590
591                 addr = *start;
592
593                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
594                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
595
596                 if (addr == last) {
597                         ++start;
598                         continue;
599                 }
600
601                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
602                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
603                 if (addr < pinning_front) {
604                         start++;
605                         continue;
606                 }
607
608                 /*
609                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
610                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
611                  * start at start_nursery.
612                  */
613                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
614                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
615                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
616                 if (!search_start || search_start > addr) {
617                         while (idx) {
618                                 --idx;
619                                 search_start = section->scan_starts [idx];
620                                 if (search_start && search_start <= addr)
621                                         break;
622                         }
623                         if (!search_start || search_start > addr)
624                                 search_start = start_nursery;
625                 }
626
627                 /*
628                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
629                  * searching at the front.
630                  */
631                 if (search_start < pinning_front)
632                         search_start = pinning_front;
633
634                 /*
635                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
636                  *
637                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
638                  */
639                 do {
640                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
641
642                         /* Skip zeros. */
643                         if (!*(void**)search_start) {
644                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
645                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
646                                 continue;
647                         }
648
649                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
650
651                         /*
652                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
653                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
654                          * either.
655                          */
656                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
657                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
658                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
659
660                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
661                                         /* This is the object we're looking for. */
662                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
663                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
664                                         break;
665                                 }
666                         }
667
668                         /* Skip to the next object */
669                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
670                 } while (search_start <= addr);
671
672                 /* We've searched past the address we were looking for. */
673                 if (!obj_to_pin) {
674                         pinning_front = search_start;
675                         goto next_pin_queue_entry;
676                 }
677
678                 /*
679                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
680                  * can advance the pinning front in any case.
681                  */
682                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
683
684                 /*
685                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
686                  * fragment, we don't pin it.
687                  */
688                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
689                         goto next_pin_queue_entry;
690
691                 /*
692                  * Finally - pin the object!
693                  */
694                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
695                 if (do_scan_objects) {
696                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
697                 } else {
698                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
699                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
700                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
701                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
702                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
703
704                         pin_object (obj_to_pin);
705                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
706                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, obj_to_pin_size);
707                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
708                         count++;
709                 }
710
711         next_pin_queue_entry:
712                 last = addr;
713                 ++start;
714         }
715         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
716         stat_pinned_objects += count;
717         return count;
718 }
719
720 static void
721 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
722 {
723         size_t reduced_to;
724
725         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
726                 return;
727
728         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
729         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
730 }
731
732 /*
733  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
734  * when we can't promote an object because we're out of memory.
735  */
736 void
737 sgen_pin_object (GCObject *object, GrayQueue *queue)
738 {
739         /*
740          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
741          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
742          */
743         sgen_pin_stage_ptr (object);
744
745         SGEN_PIN_OBJECT (object);
746         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
747
748         ++objects_pinned;
749         sgen_pin_stats_register_object (object, safe_object_get_size (object));
750
751         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
752 }
753
754 /* Sort the addresses in array in increasing order.
755  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
756  */
757 void
758 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
759 {
760         size_t i;
761         void *tmp;
762
763         for (i = 1; i < size; ++i) {
764                 size_t child = i;
765                 while (child > 0) {
766                         size_t parent = (child - 1) / 2;
767
768                         if (array [parent] >= array [child])
769                                 break;
770
771                         tmp = array [parent];
772                         array [parent] = array [child];
773                         array [child] = tmp;
774
775                         child = parent;
776                 }
777         }
778
779         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
780                 size_t end, root;
781                 tmp = array [i];
782                 array [i] = array [0];
783                 array [0] = tmp;
784
785                 end = i - 1;
786                 root = 0;
787
788                 while (root * 2 + 1 <= end) {
789                         size_t child = root * 2 + 1;
790
791                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
792                                 ++child;
793                         if (array [root] >= array [child])
794                                 break;
795
796                         tmp = array [root];
797                         array [root] = array [child];
798                         array [child] = tmp;
799
800                         root = child;
801                 }
802         }
803 }
804
805 /* 
806  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
807  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
808  * Typically used for thread stacks.
809  */
810 void
811 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
812 {
813         int count = 0;
814
815         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
816
817 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
818         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
819 #endif
820
821         while (start < end) {
822                 /*
823                  * *start can point to the middle of an object
824                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
825                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
826                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
827                  * may keep the only reference to an object by pointing
828                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
829                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
830                  * from pointers to the start of the next object in memory
831                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
832                  * We queue the pointer in an array, the
833                  * array will then be sorted and uniqued. This way
834                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
835                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
836                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
837                  * alignment, so the unique process is more effective.
838                  */
839                 mword addr = (mword)*start;
840                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
841                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
842                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
843                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
844                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
845                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
846                         count++;
847                 }
848                 start++;
849         }
850         if (count)
851                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
852 }
853
854 /*
855  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
856  * This function considers all the areas of memory that need to be
857  * conservatively scanned.
858  */
859 static void
860 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
861 {
862         void **start_root;
863         RootRecord *root;
864         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);
865         /* objects pinned from the API are inside these roots */
866         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
867                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
868                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
869         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
870         /* now deal with the thread stacks
871          * in the future we should be able to conservatively scan only:
872          * *) the cpu registers
873          * *) the unmanaged stack frames
874          * *) the _last_ managed stack frame
875          * *) pointers slots in managed frames
876          */
877         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
878 }
879
880 static void
881 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
882 {
883         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
884         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
885 }
886
887 /*
888  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
889  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
890  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
891  * This functions copies them to to_space updates them.
892  *
893  * This function is not thread-safe!
894  */
895 static void
896 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
897 {
898         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
899         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
900
901         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
902         case ROOT_DESC_BITMAP:
903                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
904                 while (desc) {
905                         if ((desc & 1) && *start_root) {
906                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
907                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
908                         }
909                         desc >>= 1;
910                         start_root++;
911                 }
912                 return;
913         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
914                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
915                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
916                 void **start_run = start_root;
917                 bitmap_data++;
918                 while (bwords-- > 0) {
919                         gsize bmap = *bitmap_data++;
920                         void **objptr = start_run;
921                         while (bmap) {
922                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
923                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
924                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
925                                 }
926                                 bmap >>= 1;
927                                 ++objptr;
928                         }
929                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
930                 }
931                 break;
932         }
933         case ROOT_DESC_USER: {
934                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
935                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
936                 break;
937         }
938         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
939                 g_assert_not_reached ();
940         default:
941                 g_assert_not_reached ();
942         }
943 }
944
945 static void
946 reset_heap_boundaries (void)
947 {
948         lowest_heap_address = ~(mword)0;
949         highest_heap_address = 0;
950 }
951
952 void
953 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
954 {
955         mword old;
956
957         do {
958                 old = lowest_heap_address;
959                 if (low >= old)
960                         break;
961         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
962
963         do {
964                 old = highest_heap_address;
965                 if (high <= old)
966                         break;
967         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
968 }
969
970 /*
971  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
972  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
973  */
974 static void
975 alloc_nursery (void)
976 {
977         GCMemSection *section;
978         char *data;
979         size_t scan_starts;
980         size_t alloc_size;
981
982         if (nursery_section)
983                 return;
984         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
985         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
986          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
987          * objects in the existing nursery.
988          */
989         /* FIXME: handle OOM */
990         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
991
992         alloc_size = sgen_nursery_size;
993
994         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
995         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
996
997         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
998         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
999         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 ());
1000         section->data = section->next_data = data;
1001         section->size = alloc_size;
1002         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
1003         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
1004         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
1005         section->num_scan_start = scan_starts;
1006
1007         nursery_section = section;
1008
1009         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
1010 }
1011
1012 FILE *
1013 mono_gc_get_logfile (void)
1014 {
1015         return gc_debug_file;
1016 }
1017
1018 static void
1019 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1020 {
1021         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1022         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1023         size_t i;
1024
1025         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1026                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1027                 if (!obj)
1028                         continue;
1029                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1030                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1031         }
1032 }
1033
1034 static const char*
1035 generation_name (int generation)
1036 {
1037         switch (generation) {
1038         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1039         case GENERATION_OLD: return "old";
1040         default: g_assert_not_reached ();
1041         }
1042 }
1043
1044 const char*
1045 sgen_generation_name (int generation)
1046 {
1047         return generation_name (generation);
1048 }
1049
1050 static void
1051 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1052 {
1053         TV_DECLARE (atv);
1054         TV_DECLARE (btv);
1055         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1056         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1057         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1058         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1059
1060         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1061         /*
1062          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1063          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1064          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1065          * additional roots and we may add more items as we go.
1066          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1067          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1068          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1069          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1070          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1071          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1072          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1073          */
1074         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1075         TV_GETTIME (atv);
1076         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1077
1078         /*
1079         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1080         collection trigged by minor overflow.
1081
1082         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1083         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1084         */
1085         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1086                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1087
1088         /*
1089          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1090          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1091          * objects that are in fact reachable.
1092          */
1093         done_with_ephemerons = 0;
1094         do {
1095                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1096                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1097                 ++ephemeron_rounds;
1098         } while (!done_with_ephemerons);
1099
1100         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1101
1102         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1103                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1104                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1105                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1106                 if (generation == GENERATION_OLD)
1107                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1108
1109                 /*
1110                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1111
1112                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1113                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1114
1115                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1116
1117                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1118                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1119                 be a big deal.
1120                 */
1121                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1122         }
1123
1124         /*
1125         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1126         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1127         */
1128         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1129
1130         /*
1131         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1132         finalization so they can be cleared before that.
1133         */
1134         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1135         if (generation == GENERATION_OLD)
1136                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1137
1138
1139         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1140          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1141          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1142          * are marked/copied.
1143          */
1144         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1145         if (generation == GENERATION_OLD)
1146                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1147         /* drain the new stack that might have been created */
1148         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1149         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1150
1151         /*
1152          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1153          */
1154         done_with_ephemerons = 0;
1155         do {
1156                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1157                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1158                 ++ephemeron_rounds;
1159         } while (!done_with_ephemerons);
1160
1161         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1162
1163         /*
1164          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1165          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1166          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1167         */
1168         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1169
1170         TV_GETTIME (btv);
1171         SGEN_LOG (2, "Finalize queue handling scan for %s generation: %lld usecs %d ephemeron rounds", generation_name (generation), TV_ELAPSED (atv, btv), ephemeron_rounds);
1172
1173         /*
1174          * handle disappearing links
1175          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1176          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1177          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1178          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1179          * called.
1180          */
1181         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1182         for (;;) {
1183                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1184                 if (generation == GENERATION_OLD)
1185                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1186                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1187                         break;
1188                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1189         }
1190
1191         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1192
1193         sgen_gray_object_queue_trim_free_list (queue);
1194         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1195 }
1196
1197 void
1198 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1199 {
1200         size_t i;
1201         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1202                 if (section->scan_starts [i]) {
1203                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1204                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1205                 }
1206         }
1207 }
1208
1209 static void
1210 check_scan_starts (void)
1211 {
1212         if (!do_scan_starts_check)
1213                 return;
1214         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1215         major_collector.check_scan_starts ();
1216 }
1217
1218 static void
1219 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1220 {
1221         void **start_root;
1222         RootRecord *root;
1223         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1224                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1225                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1226         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1227 }
1228
1229 static void
1230 init_stats (void)
1231 {
1232         static gboolean inited = FALSE;
1233
1234         if (inited)
1235                 return;
1236
1237         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1238
1239         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1240         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1241         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1242         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1243         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1244         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1245
1246         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1247         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1248         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1249         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1250         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1251         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1252         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1253         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1254         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1255         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1256
1257         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1258
1259 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1260         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1261         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1262         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1263         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1264         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1265
1266         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1267         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1268
1269         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1270         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1271         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1272         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1273
1274         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1275         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1276
1277         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1278
1279         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1280         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1281         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1282         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1283
1284         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1285 #endif
1286
1287         inited = TRUE;
1288 }
1289
1290
1291 static void
1292 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1293 {
1294         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1295 }
1296
1297 void
1298 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1299 {
1300         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1301 }
1302
1303 gboolean
1304 sgen_collection_is_concurrent (void)
1305 {
1306         switch (current_collection_generation) {
1307         case GENERATION_NURSERY:
1308                 return FALSE;
1309         case GENERATION_OLD:
1310                 return concurrent_collection_in_progress;
1311         default:
1312                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1313         }
1314         return FALSE;
1315 }
1316
1317 gboolean
1318 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1319 {
1320         return concurrent_collection_in_progress;
1321 }
1322
1323 typedef struct {
1324         SgenThreadPoolJob job;
1325         SgenObjectOperations *ops;
1326 } ScanJob;
1327
1328 static void
1329 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1330 {
1331         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1332         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1333         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1334         remset.scan_remsets (ctx);
1335 }
1336
1337 typedef struct {
1338         SgenThreadPoolJob job;
1339         SgenObjectOperations *ops;
1340         char *heap_start;
1341         char *heap_end;
1342         int root_type;
1343 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1344
1345 static void
1346 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1347 {
1348         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1349         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1350         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1351
1352         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1353 }
1354
1355 typedef struct {
1356         SgenThreadPoolJob job;
1357         SgenObjectOperations *ops;
1358         char *heap_start;
1359         char *heap_end;
1360 } ScanThreadDataJob;
1361
1362 static void
1363 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1364 {
1365         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1366         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1367         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1368
1369         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1370 }
1371
1372 typedef struct {
1373         SgenThreadPoolJob job;
1374         SgenObjectOperations *ops;
1375         SgenPointerQueue *queue;
1376 } ScanFinalizerEntriesJob;
1377
1378 static void
1379 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1380 {
1381         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1382         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1383         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1384
1385         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1386 }
1387
1388 static void
1389 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1390 {
1391         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1392         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1393         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1394
1395         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1396         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1397 }
1398
1399 static void
1400 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1401 {
1402         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1403         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1404         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1405
1406         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1407         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1408 }
1409
1410 static void
1411 job_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1412 {
1413         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1414         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1415         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1416
1417         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1418
1419         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1420         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1421 }
1422
1423 static void
1424 init_gray_queue (gboolean use_workers)
1425 {
1426         if (use_workers)
1427                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1428         sgen_gray_object_queue_init (&gray_queue, NULL);
1429 }
1430
1431 static void
1432 enqueue_scan_from_roots_jobs (char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1433 {
1434         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1435         ScanThreadDataJob *stdj;
1436         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1437
1438         /* registered roots, this includes static fields */
1439
1440         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1441         scrrj->ops = ops;
1442         scrrj->heap_start = heap_start;
1443         scrrj->heap_end = heap_end;
1444         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1445         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->job, enqueue);
1446
1447         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1448         scrrj->ops = ops;
1449         scrrj->heap_start = heap_start;
1450         scrrj->heap_end = heap_end;
1451         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1452         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->job, enqueue);
1453
1454         /* Threads */
1455
1456         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1457         stdj->heap_start = heap_start;
1458         stdj->heap_end = heap_end;
1459         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->job, enqueue);
1460
1461         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1462
1463         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1464         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1465         sfej->ops = ops;
1466         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->job, enqueue);
1467
1468         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1469         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1470         sfej->ops = ops;
1471         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->job, enqueue);
1472 }
1473
1474 /*
1475  * Perform a nursery collection.
1476  *
1477  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1478  */
1479 static gboolean
1480 collect_nursery (SgenGrayQueue *unpin_queue, gboolean finish_up_concurrent_mark)
1481 {
1482         gboolean needs_major;
1483         size_t max_garbage_amount;
1484         char *nursery_next;
1485         mword fragment_total;
1486         ScanJob *sj;
1487         SgenObjectOperations *object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1488         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gray_queue);
1489         TV_DECLARE (atv);
1490         TV_DECLARE (btv);
1491
1492         if (disable_minor_collections)
1493                 return TRUE;
1494
1495         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1496         atv = last_minor_collection_start_tv;
1497
1498         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1499
1500         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1501                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1502
1503         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1504
1505         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1506
1507         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1508
1509         check_scan_starts ();
1510
1511         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1512
1513         degraded_mode = 0;
1514         objects_pinned = 0;
1515         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1516         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1517         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1518
1519         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 ()));
1520         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1521         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1522
1523         /* world must be stopped already */
1524         TV_GETTIME (btv);
1525         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1526
1527         sgen_client_pre_collection_checks ();
1528
1529         nursery_section->next_data = nursery_next;
1530
1531         major_collector.start_nursery_collection ();
1532
1533         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1534
1535         init_gray_queue (FALSE);
1536
1537         gc_stats.minor_gc_count ++;
1538
1539         if (whole_heap_check_before_collection) {
1540                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1541                 sgen_check_whole_heap (finish_up_concurrent_mark);
1542         }
1543         if (consistency_check_at_minor_collection)
1544                 sgen_check_consistency ();
1545
1546         sgen_process_fin_stage_entries ();
1547
1548         /* pin from pinned handles */
1549         sgen_init_pinning ();
1550         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1551         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1552         /* pin cemented objects */
1553         sgen_pin_cemented_objects ();
1554         /* identify pinned objects */
1555         sgen_optimize_pin_queue ();
1556         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1557
1558         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1559         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1560
1561         TV_GETTIME (atv);
1562         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1563         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), TV_ELAPSED (btv, atv));
1564         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1565
1566         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1567         sj->ops = object_ops;
1568         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1569
1570         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1571         TV_GETTIME (btv);
1572         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1573         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", TV_ELAPSED (atv, btv));
1574
1575         sgen_pin_stats_print_class_stats ();
1576
1577         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1578         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1579
1580         TV_GETTIME (atv);
1581         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1582
1583         enqueue_scan_from_roots_jobs (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1584
1585         TV_GETTIME (btv);
1586         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1587
1588         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1589
1590         TV_GETTIME (atv);
1591         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1592         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1593
1594         if (objects_pinned) {
1595                 sgen_optimize_pin_queue ();
1596                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1597         }
1598
1599         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1600          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1601          * next allocations.
1602          */
1603         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1604         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1605         if (!fragment_total)
1606                 degraded_mode = 1;
1607
1608         /* Clear TLABs for all threads */
1609         sgen_clear_tlabs ();
1610
1611         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1612         TV_GETTIME (btv);
1613         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1614         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1615
1616         if (consistency_check_at_minor_collection)
1617                 sgen_check_major_refs ();
1618
1619         major_collector.finish_nursery_collection ();
1620
1621         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1622         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1623
1624         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1625
1626         /* prepare the pin queue for the next collection */
1627         sgen_finish_pinning ();
1628         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1629                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1630                 sgen_client_finalize_notify ();
1631         }
1632         sgen_pin_stats_reset ();
1633         /* clear cemented hash */
1634         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1635
1636         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue));
1637
1638         remset.finish_minor_collection ();
1639
1640         check_scan_starts ();
1641
1642         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1643
1644         sgen_memgov_minor_collection_end ();
1645
1646         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1647         needs_major = objects_pinned > 0;
1648         current_collection_generation = -1;
1649         objects_pinned = 0;
1650
1651         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1652
1653         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1654                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1655
1656         return needs_major;
1657 }
1658
1659 typedef enum {
1660         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1661         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1662         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1663 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1664
1665 static void
1666 major_copy_or_mark_from_roots (size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1667 {
1668         LOSObject *bigobj;
1669         TV_DECLARE (atv);
1670         TV_DECLARE (btv);
1671         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1672          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1673          */
1674         char *heap_start = NULL;
1675         char *heap_end = (char*)-1;
1676         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE);
1677         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1678
1679         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1680
1681         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1682                 /*This cleans up unused fragments */
1683                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1684
1685                 if (do_concurrent_checks)
1686                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1687         } else {
1688                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1689                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1690         }
1691
1692         init_gray_queue (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1693
1694         TV_GETTIME (atv);
1695
1696         /* Pinning depends on this */
1697         sgen_clear_nursery_fragments ();
1698
1699         if (whole_heap_check_before_collection)
1700                 sgen_check_whole_heap (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT);
1701
1702         TV_GETTIME (btv);
1703         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1704
1705         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1706                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1707         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1708          * and deal with pointers outside of the sections later.
1709          */
1710
1711         objects_pinned = 0;
1712
1713         sgen_client_pre_collection_checks ();
1714
1715         if (!concurrent) {
1716                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1717                 remset.clear_cards ();
1718         }
1719
1720         sgen_process_fin_stage_entries ();
1721
1722         TV_GETTIME (atv);
1723         sgen_init_pinning ();
1724         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1725         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1726
1727         sgen_optimize_pin_queue ();
1728
1729         sgen_client_collecting_major_1 ();
1730
1731         /*
1732          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1733          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1734          * objects are pinned.
1735          *
1736          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1737          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1738          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1739          *
1740          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1741          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1742          */
1743         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1744         /* first pass for the sections */
1745         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1746         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1747         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1748         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1749                 size_t dummy;
1750                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1751                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1752
1753                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1754                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1755                                 continue;
1756                         }
1757                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1758                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1759                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1760                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, safe_object_get_size (bigobj->data));
1761                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1762                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1763                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1764
1765                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1766                 }
1767         }
1768
1769         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1770         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1771                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1772
1773         major_collector.pin_objects (WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE);
1774         if (old_next_pin_slot)
1775                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1776
1777         TV_GETTIME (btv);
1778         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1779         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), TV_ELAPSED (atv, btv));
1780         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1781
1782         major_collector.init_to_space ();
1783
1784         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1785         /*
1786          * The concurrent collector doesn't move objects, neither on
1787          * the major heap nor in the nursery, so we can mark even
1788          * before pinning has finished.  For the non-concurrent
1789          * collector we start the workers after pinning.
1790          */
1791         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1792                 if (precleaning_enabled) {
1793                         ScanJob *sj;
1794                         /* Mod union preclean job */
1795                         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean mod union cardtable", job_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1796                         sj->ops = object_ops;
1797                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, &sj->job);
1798                 } else {
1799                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1800                 }
1801                 gray_queue_enable_redirect (WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE);
1802         } else if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1803                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1804                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1805                         sgen_workers_join ();
1806                 }
1807         }
1808
1809 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1810         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1811 #endif
1812
1813         sgen_client_collecting_major_2 ();
1814
1815         TV_GETTIME (atv);
1816         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1817
1818         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1819
1820         /*
1821          * FIXME: is this the right context?  It doesn't seem to contain a copy function
1822          * unless we're concurrent.
1823          */
1824         enqueue_scan_from_roots_jobs (heap_start, heap_end, object_ops, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1825
1826         TV_GETTIME (btv);
1827         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1828
1829         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1830                 ScanJob *sj;
1831
1832                 /* Mod union card table */
1833                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1834                 sj->ops = object_ops;
1835                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1836
1837                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1838                 sj->ops = object_ops;
1839                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1840
1841                 TV_GETTIME (atv);
1842                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1843         }
1844
1845         sgen_pin_stats_print_class_stats ();
1846 }
1847
1848 static void
1849 major_finish_copy_or_mark (CopyOrMarkFromRootsMode mode)
1850 {
1851         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1852                 /*
1853                  * Prepare the pin queue for the next collection.  Since pinning runs on the worker
1854                  * threads we must wait for the jobs to finish before we can reset it.
1855                  */
1856                 sgen_workers_wait_for_jobs_finished ();
1857                 sgen_finish_pinning ();
1858
1859                 sgen_pin_stats_reset ();
1860
1861                 if (do_concurrent_checks)
1862                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1863         }
1864 }
1865
1866 static void
1867 major_start_collection (gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1868 {
1869         SgenObjectOperations *object_ops;
1870
1871         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1872
1873         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1874
1875         g_assert (sgen_section_gray_queue_is_empty (sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ()));
1876
1877         if (!concurrent)
1878                 sgen_cement_reset ();
1879
1880         if (concurrent) {
1881                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1882                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1883
1884                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1885         } else {
1886                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1887         }
1888
1889         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1890
1891         sgen_memgov_major_collection_start ();
1892
1893         //count_ref_nonref_objs ();
1894         //consistency_check ();
1895
1896         check_scan_starts ();
1897
1898         degraded_mode = 0;
1899         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1900         gc_stats.major_gc_count ++;
1901
1902         if (major_collector.start_major_collection)
1903                 major_collector.start_major_collection ();
1904
1905         major_copy_or_mark_from_roots (old_next_pin_slot, concurrent ? COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT : COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL, object_ops);
1906         major_finish_copy_or_mark (concurrent ? COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT : COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL);
1907 }
1908
1909 static void
1910 major_finish_collection (const char *reason, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1911 {
1912         ScannedObjectCounts counts;
1913         SgenObjectOperations *object_ops;
1914         mword fragment_total;
1915         TV_DECLARE (atv);
1916         TV_DECLARE (btv);
1917
1918         TV_GETTIME (btv);
1919
1920         if (concurrent_collection_in_progress) {
1921                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
1922
1923                 major_copy_or_mark_from_roots (NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
1924
1925                 major_finish_copy_or_mark (COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT);
1926
1927 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1928                 main_gc_thread = NULL;
1929 #endif
1930         } else {
1931                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1932         }
1933
1934         g_assert (sgen_section_gray_queue_is_empty (sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ()));
1935
1936         /* all the objects in the heap */
1937         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gray_queue));
1938         TV_GETTIME (atv);
1939         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1940
1941         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
1942
1943         if (objects_pinned) {
1944                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
1945
1946                 /*
1947                  * This is slow, but we just OOM'd.
1948                  *
1949                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
1950                  * queue is laid out at this point.
1951                  */
1952                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
1953                 /*
1954                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
1955                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
1956                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
1957                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
1958                  * somewhere.
1959                  */
1960                 sgen_optimize_pin_queue ();
1961                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1962                 objects_pinned = 0;
1963         }
1964
1965         reset_heap_boundaries ();
1966         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
1967
1968         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1969          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1970          * next allocations.
1971          */
1972         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
1973         if (!fragment_total)
1974                 degraded_mode = 1;
1975         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
1976
1977         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
1978                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1979
1980         /* prepare the pin queue for the next collection */
1981         sgen_finish_pinning ();
1982
1983         /* Clear TLABs for all threads */
1984         sgen_clear_tlabs ();
1985
1986         sgen_pin_stats_reset ();
1987
1988         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1989
1990         if (check_mark_bits_after_major_collection)
1991                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
1992
1993         TV_GETTIME (btv);
1994         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1995
1996         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
1997         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
1998
1999         TV_GETTIME (atv);
2000         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2001
2002         sgen_los_sweep ();
2003
2004         TV_GETTIME (btv);
2005         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2006
2007         major_collector.sweep ();
2008
2009         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2010
2011         TV_GETTIME (atv);
2012         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2013
2014         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2015
2016         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2017                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2018                 sgen_client_finalize_notify ();
2019         }
2020
2021         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue));
2022
2023         sgen_memgov_major_collection_end (forced);
2024         current_collection_generation = -1;
2025
2026         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2027         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2028
2029         g_assert (sgen_section_gray_queue_is_empty (sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ()));
2030
2031         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2032         if (concurrent_collection_in_progress)
2033                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2034
2035         check_scan_starts ();
2036
2037         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2038
2039         //consistency_check ();
2040
2041         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2042 }
2043
2044 static gboolean
2045 major_do_collection (const char *reason, gboolean forced)
2046 {
2047         TV_DECLARE (time_start);
2048         TV_DECLARE (time_end);
2049         size_t old_next_pin_slot;
2050
2051         if (disable_major_collections)
2052                 return FALSE;
2053
2054         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2055                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2056                 g_assert (!num_marked);
2057         }
2058
2059         /* world must be stopped already */
2060         TV_GETTIME (time_start);
2061
2062         major_start_collection (FALSE, &old_next_pin_slot);
2063         major_finish_collection (reason, old_next_pin_slot, forced);
2064
2065         TV_GETTIME (time_end);
2066         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2067
2068         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2069         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2070                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2071
2072         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2073 }
2074
2075 static void
2076 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2077 {
2078         TV_DECLARE (time_start);
2079         TV_DECLARE (time_end);
2080         long long num_objects_marked;
2081
2082         if (disable_major_collections)
2083                 return;
2084
2085         TV_GETTIME (time_start);
2086         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2087
2088         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2089         g_assert (num_objects_marked == 0);
2090
2091         binary_protocol_concurrent_start ();
2092
2093         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2094         major_start_collection (TRUE, NULL);
2095
2096         gray_queue_redirect (&gray_queue);
2097
2098         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2099
2100         TV_GETTIME (time_end);
2101         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2102
2103         current_collection_generation = -1;
2104 }
2105
2106 /*
2107  * Returns whether the major collection has finished.
2108  */
2109 static gboolean
2110 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2111 {
2112         SGEN_ASSERT (0, sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue), "Why is the gray queue not empty before we have started doing anything?");
2113         return sgen_workers_all_done ();
2114 }
2115
2116 static void
2117 major_update_concurrent_collection (void)
2118 {
2119         TV_DECLARE (total_start);
2120         TV_DECLARE (total_end);
2121
2122         TV_GETTIME (total_start);
2123
2124         binary_protocol_concurrent_update ();
2125
2126         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2127         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2128
2129         TV_GETTIME (total_end);
2130         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2131 }
2132
2133 static void
2134 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2135 {
2136         TV_DECLARE (total_start);
2137         TV_DECLARE (total_end);
2138
2139         TV_GETTIME (total_start);
2140
2141         binary_protocol_concurrent_finish ();
2142
2143         /*
2144          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2145          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2146          * additional cardtable and object scanning.
2147          */
2148         sgen_workers_stop_all_workers ();
2149
2150         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2151         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2152
2153         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2154         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2155
2156         if (mod_union_consistency_check)
2157                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2158
2159         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2160         sgen_cement_reset ();
2161         major_finish_collection ("finishing", -1, forced);
2162
2163         if (whole_heap_check_before_collection)
2164                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
2165
2166         TV_GETTIME (total_end);
2167         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end) - TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
2168
2169         current_collection_generation = -1;
2170 }
2171
2172 /*
2173  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2174  *
2175  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2176  */
2177 void
2178 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2179 {
2180         int generation_to_collect = -1;
2181         const char *reason = NULL;
2182
2183         if (generation == GENERATION_OLD) {
2184                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2185                         reason = "LOS overflow";
2186                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2187                 }
2188         } else {
2189                 if (degraded_mode) {
2190                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2191                                 reason = "Degraded mode overflow";
2192                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2193                         }
2194                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2195                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2196                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2197                 } else {
2198                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2199                         reason = "Nursery full";                        
2200                 }
2201         }
2202
2203         if (generation_to_collect == -1) {
2204                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2205                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2206                         reason = "Finish concurrent collection";
2207                 }
2208         }
2209
2210         if (generation_to_collect == -1)
2211                 return;
2212         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE);
2213 }
2214
2215 /*
2216  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2217  */
2218 void
2219 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish)
2220 {
2221         TV_DECLARE (gc_start);
2222         TV_DECLARE (gc_end);
2223         TV_DECLARE (gc_total_start);
2224         TV_DECLARE (gc_total_end);
2225         GGTimingInfo infos [2];
2226         int overflow_generation_to_collect = -1;
2227         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2228         const char *overflow_reason = NULL;
2229
2230         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2231
2232         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2233
2234         TV_GETTIME (gc_start);
2235
2236         sgen_stop_world (generation_to_collect);
2237
2238         TV_GETTIME (gc_total_start);
2239
2240         if (concurrent_collection_in_progress) {
2241                 /*
2242                  * If the concurrent worker is finished or we are asked to do a major collection
2243                  * then we finish the concurrent collection.
2244                  */
2245                 gboolean finish = major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD;
2246
2247                 if (finish) {
2248                         major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2249                         oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2250                 } else {
2251                         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY, "Why aren't we finishing the concurrent collection?");
2252                         major_update_concurrent_collection ();
2253                         collect_nursery (NULL, FALSE);
2254                 }
2255
2256                 goto done;
2257         }
2258
2259         SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "Why did this not get handled above?");
2260
2261         /*
2262          * There's no concurrent collection in progress.  Collect the generation we're asked
2263          * to collect.  If the major collector is concurrent and we're not forced to wait,
2264          * start a concurrent collection.
2265          */
2266         // FIXME: extract overflow reason
2267         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY) {
2268                 if (collect_nursery (NULL, FALSE)) {
2269                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2270                         overflow_reason = "Minor overflow";
2271                 }
2272         } else {
2273                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2274                         collect_nursery (NULL, FALSE);
2275                         major_start_concurrent_collection (reason);
2276                         // FIXME: set infos[0] properly
2277                         goto done;
2278                 }
2279
2280                 if (major_do_collection (reason, wait_to_finish)) {
2281                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2282                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2283                 }
2284         }
2285
2286         TV_GETTIME (gc_end);
2287
2288         memset (infos, 0, sizeof (infos));
2289         infos [0].generation = generation_to_collect;
2290         infos [0].reason = reason;
2291         infos [0].is_overflow = FALSE;
2292         infos [1].generation = -1;
2293         infos [0].total_time = SGEN_TV_ELAPSED (gc_start, gc_end);
2294
2295         SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "Why did this not get handled above?");
2296
2297         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2298                 /*
2299                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2300                  * or the nursery is fully pinned.
2301                  */
2302
2303                 infos [1].generation = overflow_generation_to_collect;
2304                 infos [1].reason = overflow_reason;
2305                 infos [1].is_overflow = TRUE;
2306                 gc_start = gc_end;
2307
2308                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2309                         collect_nursery (NULL, FALSE);
2310                 else
2311                         major_do_collection (overflow_reason, wait_to_finish);
2312
2313                 TV_GETTIME (gc_end);
2314                 infos [1].total_time = SGEN_TV_ELAPSED (gc_start, gc_end);
2315
2316                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2317         }
2318
2319         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2320
2321         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2322         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2323                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2324                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2325                 sgen_dump_pin_queue ();
2326                 degraded_mode = 1;
2327         }
2328
2329  done:
2330         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue));
2331
2332         TV_GETTIME (gc_total_end);
2333         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2334
2335         sgen_restart_world (oldest_generation_collected, infos);
2336 }
2337
2338 /*
2339  * ######################################################################
2340  * ########  Memory allocation from the OS
2341  * ######################################################################
2342  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2343  * allocating memory for GC-internal data structures.
2344  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2345  */
2346
2347 /*
2348  * Debug reporting.
2349  */
2350 G_GNUC_UNUSED static void
2351 report_internal_mem_usage (void)
2352 {
2353         printf ("Internal memory usage:\n");
2354         sgen_report_internal_mem_usage ();
2355         printf ("Pinned memory usage:\n");
2356         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2357 }
2358
2359 /*
2360  * ######################################################################
2361  * ########  Finalization support
2362  * ######################################################################
2363  */
2364
2365 /*
2366  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2367  * If it is pinned it's still alive as well.
2368  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2369  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2370  */
2371 static inline gboolean
2372 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2373 {
2374         if (ptr_in_nursery (object))
2375                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2376
2377         return sgen_major_is_object_alive (object);
2378 }
2379
2380 /*
2381  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2382  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2383  * are never alive during a minor collection.
2384  */
2385 static inline int
2386 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2387 {
2388         if (ptr_in_nursery (object))
2389                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2390
2391         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2392                 return FALSE;
2393
2394         return sgen_major_is_object_alive (object);
2395 }
2396
2397
2398 gboolean
2399 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2400 {
2401         return !sgen_is_object_alive (object);
2402 }
2403
2404 void
2405 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2406 {
2407         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2408
2409         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2410
2411         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2412 }
2413
2414 gboolean
2415 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2416 {
2417         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2418 }
2419
2420 /*
2421  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2422  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2423  * all finalizers have really finished running.
2424  *
2425  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2426  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2427  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2428  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2429  */
2430
2431 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2432
2433 int
2434 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2435 {
2436         int count = 0;
2437
2438         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2439
2440         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2441         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2442                 GCObject *obj;
2443
2444                 LOCK_GC;
2445
2446                 /*
2447                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2448                  * finalizable object.
2449                  */
2450                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2451                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2452                         mono_memory_write_barrier ();
2453                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2454                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2455                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2456                         mono_memory_write_barrier ();
2457                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2458                 } else {
2459                         obj = NULL;
2460                 }
2461
2462                 if (obj)
2463                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2464
2465                 UNLOCK_GC;
2466
2467                 if (!obj)
2468                         break;
2469
2470                 count++;
2471                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2472                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2473                 sgen_client_run_finalize (obj);
2474         }
2475
2476         if (pending_unqueued_finalizer) {
2477                 mono_memory_write_barrier ();
2478                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2479         }
2480
2481         return count;
2482 }
2483
2484 gboolean
2485 sgen_have_pending_finalizers (void)
2486 {
2487         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2488 }
2489
2490 /*
2491  * ######################################################################
2492  * ########  registered roots support
2493  * ######################################################################
2494  */
2495
2496 /*
2497  * We do not coalesce roots.
2498  */
2499 int
2500 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2501 {
2502         RootRecord new_root;
2503         int i;
2504         LOCK_GC;
2505         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2506                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2507                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2508                 if (root) {
2509                         size_t old_size = root->end_root - start;
2510                         root->end_root = start + size;
2511                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2512                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2513                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2514                         root->root_desc = descr;
2515                         roots_size += size;
2516                         roots_size -= old_size;
2517                         UNLOCK_GC;
2518                         return TRUE;
2519                 }
2520         }
2521
2522         new_root.end_root = start + size;
2523         new_root.root_desc = descr;
2524         new_root.source = source;
2525         new_root.msg = msg;
2526
2527         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2528         roots_size += size;
2529
2530         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);
2531
2532         UNLOCK_GC;
2533         return TRUE;
2534 }
2535
2536 void
2537 sgen_deregister_root (char* addr)
2538 {
2539         int root_type;
2540         RootRecord root;
2541
2542         LOCK_GC;
2543         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2544                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2545                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2546         }
2547         UNLOCK_GC;
2548 }
2549
2550 /*
2551  * ######################################################################
2552  * ########  Thread handling (stop/start code)
2553  * ######################################################################
2554  */
2555
2556 int
2557 sgen_get_current_collection_generation (void)
2558 {
2559         return current_collection_generation;
2560 }
2561
2562 void*
2563 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2564 {
2565 #ifndef HAVE_KW_THREAD
2566         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2567 #endif
2568
2569         sgen_init_tlab_info (info);
2570
2571         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2572
2573         return info;
2574 }
2575
2576 void
2577 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2578 {
2579         sgen_client_thread_unregister (p);
2580 }
2581
2582 /*
2583  * ######################################################################
2584  * ########  Write barriers
2585  * ######################################################################
2586  */
2587
2588 /*
2589  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2590  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2591  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2592  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2593  */
2594
2595 void
2596 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2597 {
2598         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2599         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2600         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2601                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2602                 return;
2603         }
2604
2605 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2606         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2607                 int i;
2608                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2609                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2610                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2611                         if (obj)
2612                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2613                 }
2614         }
2615 #endif
2616
2617         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2618 }
2619
2620 void
2621 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2622 {
2623         gpointer obj;
2624
2625         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2626
2627         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2628
2629         obj = *(gpointer*)ptr;
2630         if (obj)
2631                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2632
2633         /*
2634          * We need to record old->old pointer locations for the
2635          * concurrent collector.
2636          */
2637         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2638                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2639                 return;
2640         }
2641
2642         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2643
2644         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2645 }
2646
2647 void
2648 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2649 {
2650         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2651         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2652         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2653                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2654         sgen_dummy_use (value);
2655 }
2656
2657 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2658  * as an atomic operation with release semantics.
2659  */
2660 void
2661 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2662 {
2663         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2664
2665         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2666
2667         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2668
2669         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2670                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2671
2672         sgen_dummy_use (value);
2673 }
2674
2675 void
2676 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2677 {
2678         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2679         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2680
2681         while (size) {
2682                 if (bitmap & 0x1)
2683                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2684                 else
2685                         *dest = *src;
2686                 ++src;
2687                 ++dest;
2688                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2689                 bitmap >>= 1;
2690         }
2691 }
2692
2693 /*
2694  * ######################################################################
2695  * ########  Other mono public interface functions.
2696  * ######################################################################
2697  */
2698
2699 void
2700 sgen_gc_collect (int generation)
2701 {
2702         LOCK_GC;
2703         if (generation > 1)
2704                 generation = 1;
2705         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE);
2706         UNLOCK_GC;
2707 }
2708
2709 int
2710 sgen_gc_collection_count (int generation)
2711 {
2712         if (generation == 0)
2713                 return gc_stats.minor_gc_count;
2714         return gc_stats.major_gc_count;
2715 }
2716
2717 size_t
2718 sgen_gc_get_used_size (void)
2719 {
2720         gint64 tot = 0;
2721         LOCK_GC;
2722         tot = los_memory_usage;
2723         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2724         tot += major_collector.get_used_size ();
2725         /* FIXME: account for pinned objects */
2726         UNLOCK_GC;
2727         return tot;
2728 }
2729
2730 void
2731 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2732 {
2733         va_list ap;
2734
2735         va_start (ap, description_format);
2736
2737         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2738         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2739         if (fallback)
2740                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2741         fprintf (stderr, "\n");
2742
2743         va_end (ap);
2744 }
2745
2746 static gboolean
2747 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2748 {
2749         char *endptr;
2750         double val = strtod (opt, &endptr);
2751         if (endptr == opt) {
2752                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2753                 return FALSE;
2754         }
2755         else if (val < min || val > max) {
2756                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2757                 return FALSE;
2758         }
2759         *result = val;
2760         return TRUE;
2761 }
2762
2763 void
2764 sgen_gc_init (void)
2765 {
2766         const char *env;
2767         char **opts, **ptr;
2768         char *major_collector_opt = NULL;
2769         char *minor_collector_opt = NULL;
2770         size_t max_heap = 0;
2771         size_t soft_limit = 0;
2772         int result;
2773         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2774         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2775         gboolean cement_enabled = TRUE;
2776
2777         do {
2778                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2779                 switch (result) {
2780                 case 1:
2781                         /* already inited */
2782                         return;
2783                 case -1:
2784                         /* being inited by another thread */
2785                         mono_thread_info_usleep (1000);
2786                         break;
2787                 case 0:
2788                         /* we will init it */
2789                         break;
2790                 default:
2791                         g_assert_not_reached ();
2792                 }
2793         } while (result != 0);
2794
2795         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2796
2797 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2798         mono_thread_smr_init ();
2799 #endif
2800
2801         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2802
2803         gc_debug_file = stderr;
2804
2805         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2806
2807         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME))) {
2808                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2809                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2810                         char *opt = *ptr;
2811                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2812                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2813                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2814                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2815                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2816                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2817                         }
2818                 }
2819         } else {
2820                 opts = NULL;
2821         }
2822
2823         init_stats ();
2824         sgen_init_internal_allocator ();
2825         sgen_init_nursery_allocator ();
2826         sgen_init_fin_weak_hash ();
2827         sgen_init_hash_table ();
2828         sgen_init_descriptors ();
2829         sgen_init_gray_queues ();
2830         sgen_init_allocator ();
2831         sgen_init_gchandles ();
2832
2833         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2834         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2835
2836         sgen_client_init ();
2837
2838         if (!minor_collector_opt) {
2839                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2840         } else {
2841                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2842                 use_simple_nursery:
2843                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2844                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2845                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2846                 } else {
2847                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2848                         goto use_simple_nursery;
2849                 }
2850         }
2851
2852         if (!major_collector_opt || !strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2853         use_marksweep_major:
2854                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2855         } else if (!major_collector_opt || !strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2856                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2857         } else {
2858                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `marksweep` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2859                 goto use_marksweep_major;
2860         }
2861
2862         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2863
2864         if (opts) {
2865                 gboolean usage_printed = FALSE;
2866
2867                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2868                         char *opt = *ptr;
2869                         if (!strcmp (opt, ""))
2870                                 continue;
2871                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2872                                 continue;
2873                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2874                                 continue;
2875                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2876                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2877                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2878                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2879                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2880                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2881                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2882                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2883                                 } else {
2884                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2885                                 }
2886                                 continue;
2887                         }
2888                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2889                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2890                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2891                                         if (soft_limit <= 0) {
2892                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2893                                                 soft_limit = 0;
2894                                         }
2895                                 } else {
2896                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2897                                 }
2898                                 continue;
2899                         }
2900
2901 #ifdef USER_CONFIG
2902                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2903                                 size_t val;
2904                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2905                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2906                                         if ((val & (val - 1))) {
2907                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2908                                                 continue;
2909                                         }
2910
2911                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2912                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2913                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2914                                                 continue;
2915                                         }
2916
2917                                         sgen_nursery_size = val;
2918                                         sgen_nursery_bits = 0;
2919                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2920                                                 ;
2921                                 } else {
2922                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2923                                         continue;
2924                                 }
2925                                 continue;
2926                         }
2927 #endif
2928                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2929                                 double val;
2930                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2931                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2932                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2933                                         save_target = val;
2934                                 }
2935                                 continue;
2936                         }
2937                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2938                                 double val;
2939                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2940                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2941                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
2942                                         allowance_ratio = val;
2943                                 }
2944                                 continue;
2945                         }
2946
2947                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
2948                                 cement_enabled = TRUE;
2949                                 continue;
2950                         }
2951                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
2952                                 cement_enabled = FALSE;
2953                                 continue;
2954                         }
2955
2956                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
2957                                 precleaning_enabled = TRUE;
2958                                 continue;
2959                         }
2960                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
2961                                 precleaning_enabled = FALSE;
2962                                 continue;
2963                         }
2964
2965                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
2966                                 continue;
2967
2968                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
2969                                 continue;
2970
2971                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
2972                                 continue;
2973
2974                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
2975
2976                         if (usage_printed)
2977                                 continue;
2978
2979                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
2980                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2981                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2982                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2983                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
2984                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
2985                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
2986                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
2987                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
2988                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
2989                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
2990                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
2991                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
2992                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
2993                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
2994                         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);
2995                         fprintf (stderr, "\n");
2996
2997                         usage_printed = TRUE;
2998                 }
2999                 g_strfreev (opts);
3000         }
3001
3002         if (major_collector_opt)
3003                 g_free (major_collector_opt);
3004
3005         if (minor_collector_opt)
3006                 g_free (minor_collector_opt);
3007
3008         alloc_nursery ();
3009
3010         sgen_cement_init (cement_enabled);
3011
3012         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME))) {
3013                 gboolean usage_printed = FALSE;
3014
3015                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
3016                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
3017                         char *opt = *ptr;
3018                         if (!strcmp (opt, ""))
3019                                 continue;
3020                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3021                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3022                                 opt++;
3023                                 if (opt [0] == ':')
3024                                         opt++;
3025                                 if (opt [0]) {
3026                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3027                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3028                                         if (!gc_debug_file)
3029                                                 gc_debug_file = stderr;
3030                                         g_free (rf);
3031                                 }
3032                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3033                                 debug_print_allowance = TRUE;
3034                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3035                                 sgen_pin_stats_enable ();
3036                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3037                                 verify_before_allocs = 1;
3038                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3039                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3040                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3041                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3042                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3043                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3044                                 collect_before_allocs = 1;
3045                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3046                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3047                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3048                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3049                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3050                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3051                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3052                         } else if (!strcmp (opt, "check-at-minor-collections")) {
3053                                 consistency_check_at_minor_collection = TRUE;
3054                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3055                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3056                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3057                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3058                                         continue;
3059                                 }
3060                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3061                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3062                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3063                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3064                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3065                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3066                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3067                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3068                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3069                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3070                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3071                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3072                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3073                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3074                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3075                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3076                                 do_verify_nursery = TRUE;
3077                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3078                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3079                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3080                                         continue;
3081                                 }
3082                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3083                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3084                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3085                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3086                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3087                                 disable_minor_collections = TRUE;
3088                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3089                                 disable_major_collections = TRUE;
3090                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3091                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3092                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3093                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3094                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3095                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3096                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3097                                 size_t limit = 0;
3098                                 if (colon) {
3099                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3100                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3101                                                 limit = -1;
3102                                         }
3103                                         *colon = '\0';
3104                                 }
3105                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3106                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3107                                 do_verify_nursery = TRUE;
3108                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3109                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3110                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3111
3112                                 if (usage_printed)
3113                                         continue;
3114
3115                                 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);
3116                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3117                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3118                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3119                                 fprintf (stderr, "  check-at-minor-collections\n");
3120                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3121                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3122                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3123                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3124                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3125                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3126                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3127                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3128                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3129                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3130                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3131                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3132                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3133                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3134                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3135                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3136                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3137                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3138                                 fprintf (stderr, "\n");
3139
3140                                 usage_printed = TRUE;
3141                         }
3142                 }
3143                 g_strfreev (opts);
3144         }
3145
3146         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3147                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3148
3149         if (major_collector.post_param_init)
3150                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3151
3152         if (major_collector.needs_thread_pool)
3153                 sgen_workers_init (1);
3154
3155         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3156
3157         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3158
3159         sgen_card_table_init (&remset);
3160
3161         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");
3162
3163         gc_initialized = 1;
3164 }
3165
3166 NurseryClearPolicy
3167 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3168 {
3169         return nursery_clear_policy;
3170 }
3171
3172 void
3173 sgen_gc_lock (void)
3174 {
3175         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3176 }
3177
3178 void
3179 sgen_gc_unlock (void)
3180 {
3181         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3182 }
3183
3184 void
3185 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3186 {
3187         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3188 }
3189
3190 SgenMajorCollector*
3191 sgen_get_major_collector (void)
3192 {
3193         return &major_collector;
3194 }
3195
3196 SgenRememberedSet*
3197 sgen_get_remset (void)
3198 {
3199         return &remset;
3200 }
3201
3202 static void
3203 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3204 {
3205         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3206         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3207 }
3208
3209 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3210
3211 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3212 void
3213 sgen_stop_world (int generation)
3214 {
3215         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3216
3217         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3218
3219         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3220
3221         sgen_client_stop_world (generation);
3222
3223         world_is_stopped = TRUE;
3224
3225         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3226                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3227         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3228 }
3229
3230 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3231 void
3232 sgen_restart_world (int generation, GGTimingInfo *timing)
3233 {
3234         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3235
3236         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3237
3238         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3239                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3240         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3241
3242         sgen_client_restart_world (generation, timing);
3243
3244         world_is_stopped = FALSE;
3245
3246         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3247
3248         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3249                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3250
3251         sgen_memgov_collection_end (generation, timing, timing ? 2 : 0);
3252 }
3253
3254 gboolean
3255 sgen_is_world_stopped (void)
3256 {
3257         return world_is_stopped;
3258 }
3259
3260 void
3261 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3262 {
3263         sgen_stop_world (0);
3264         sgen_clear_nursery_fragments ();
3265         sgen_check_whole_heap (FALSE);
3266         sgen_restart_world (0, NULL);
3267 }
3268
3269 gint64
3270 sgen_timestamp (void)
3271 {
3272         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3273         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3274         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3275 }
3276
3277 #endif /* HAVE_SGEN_GC */