[sgen] Get rid of the global gray queue.
[mono.git] / mono / sgen / sgen-gc.c
1 /*
2  * sgen-gc.c: Simple generational GC.
3  *
4  * Author:
5  *      Paolo Molaro (lupus@ximian.com)
6  *  Rodrigo Kumpera (kumpera@gmail.com)
7  *
8  * Copyright 2005-2011 Novell, Inc (http://www.novell.com)
9  * Copyright 2011 Xamarin Inc (http://www.xamarin.com)
10  *
11  * Thread start/stop adapted from Boehm's GC:
12  * Copyright (c) 1994 by Xerox Corporation.  All rights reserved.
13  * Copyright (c) 1996 by Silicon Graphics.  All rights reserved.
14  * Copyright (c) 1998 by Fergus Henderson.  All rights reserved.
15  * Copyright (c) 2000-2004 by Hewlett-Packard Company.  All rights reserved.
16  * Copyright 2001-2003 Ximian, Inc
17  * Copyright 2003-2010 Novell, Inc.
18  * Copyright 2011 Xamarin, Inc.
19  * Copyright (C) 2012 Xamarin Inc
20  *
21  * Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.
22  *
23  * Important: allocation provides always zeroed memory, having to do
24  * a memset after allocation is deadly for performance.
25  * Memory usage at startup is currently as follows:
26  * 64 KB pinned space
27  * 64 KB internal space
28  * size of nursery
29  * We should provide a small memory config with half the sizes
30  *
31  * We currently try to make as few mono assumptions as possible:
32  * 1) 2-word header with no GC pointers in it (first vtable, second to store the
33  *    forwarding ptr)
34  * 2) gc descriptor is the second word in the vtable (first word in the class)
35  * 3) 8 byte alignment is the minimum and enough (not true for special structures (SIMD), FIXME)
36  * 4) there is a function to get an object's size and the number of
37  *    elements in an array.
38  * 5) we know the special way bounds are allocated for complex arrays
39  * 6) we know about proxies and how to treat them when domains are unloaded
40  *
41  * Always try to keep stack usage to a minimum: no recursive behaviour
42  * and no large stack allocs.
43  *
44  * General description.
45  * Objects are initially allocated in a nursery using a fast bump-pointer technique.
46  * When the nursery is full we start a nursery collection: this is performed with a
47  * copying GC.
48  * When the old generation is full we start a copying GC of the old generation as well:
49  * this will be changed to mark&sweep with copying when fragmentation becomes to severe
50  * in the future.  Maybe we'll even do both during the same collection like IMMIX.
51  *
52  * The things that complicate this description are:
53  * *) pinned objects: we can't move them so we need to keep track of them
54  * *) no precise info of the thread stacks and registers: we need to be able to
55  *    quickly find the objects that may be referenced conservatively and pin them
56  *    (this makes the first issues more important)
57  * *) large objects are too expensive to be dealt with using copying GC: we handle them
58  *    with mark/sweep during major collections
59  * *) some objects need to not move even if they are small (interned strings, Type handles):
60  *    we use mark/sweep for them, too: they are not allocated in the nursery, but inside
61  *    PinnedChunks regions
62  */
63
64 /*
65  * TODO:
66
67  *) we could have a function pointer in MonoClass to implement
68   customized write barriers for value types
69
70  *) investigate the stuff needed to advance a thread to a GC-safe
71   point (single-stepping, read from unmapped memory etc) and implement it.
72   This would enable us to inline allocations and write barriers, for example,
73   or at least parts of them, like the write barrier checks.
74   We may need this also for handling precise info on stacks, even simple things
75   as having uninitialized data on the stack and having to wait for the prolog
76   to zero it. Not an issue for the last frame that we scan conservatively.
77   We could always not trust the value in the slots anyway.
78
79  *) modify the jit to save info about references in stack locations:
80   this can be done just for locals as a start, so that at least
81   part of the stack is handled precisely.
82
83  *) test/fix endianess issues
84
85  *) Implement a card table as the write barrier instead of remembered
86     sets?  Card tables are not easy to implement with our current
87     memory layout.  We have several different kinds of major heap
88     objects: Small objects in regular blocks, small objects in pinned
89     chunks and LOS objects.  If we just have a pointer we have no way
90     to tell which kind of object it points into, therefore we cannot
91     know where its card table is.  The least we have to do to make
92     this happen is to get rid of write barriers for indirect stores.
93     (See next item)
94
95  *) Get rid of write barriers for indirect stores.  We can do this by
96     telling the GC to wbarrier-register an object once we do an ldloca
97     or ldelema on it, and to unregister it once it's not used anymore
98     (it can only travel downwards on the stack).  The problem with
99     unregistering is that it needs to happen eventually no matter
100     what, even if exceptions are thrown, the thread aborts, etc.
101     Rodrigo suggested that we could do only the registering part and
102     let the collector find out (pessimistically) when it's safe to
103     unregister, namely when the stack pointer of the thread that
104     registered the object is higher than it was when the registering
105     happened.  This might make for a good first implementation to get
106     some data on performance.
107
108  *) Some sort of blacklist support?  Blacklists is a concept from the
109     Boehm GC: if during a conservative scan we find pointers to an
110     area which we might use as heap, we mark that area as unusable, so
111     pointer retention by random pinning pointers is reduced.
112
113  *) experiment with max small object size (very small right now - 2kb,
114     because it's tied to the max freelist size)
115
116   *) add an option to mmap the whole heap in one chunk: it makes for many
117      simplifications in the checks (put the nursery at the top and just use a single
118      check for inclusion/exclusion): the issue this has is that on 32 bit systems it's
119      not flexible (too much of the address space may be used by default or we can't
120      increase the heap as needed) and we'd need a race-free mechanism to return memory
121      back to the system (mprotect(PROT_NONE) will still keep the memory allocated if it
122      was written to, munmap is needed, but the following mmap may not find the same segment
123      free...)
124
125  *) memzero the major fragments after restarting the world and optionally a smaller
126     chunk at a time
127
128  *) investigate having fragment zeroing threads
129
130  *) separate locks for finalization and other minor stuff to reduce
131     lock contention
132
133  *) try a different copying order to improve memory locality
134
135  *) a thread abort after a store but before the write barrier will
136     prevent the write barrier from executing
137
138  *) specialized dynamically generated markers/copiers
139
140  *) Dynamically adjust TLAB size to the number of threads.  If we have
141     too many threads that do allocation, we might need smaller TLABs,
142     and we might get better performance with larger TLABs if we only
143     have a handful of threads.  We could sum up the space left in all
144     assigned TLABs and if that's more than some percentage of the
145     nursery size, reduce the TLAB size.
146
147  *) Explore placing unreachable objects on unused nursery memory.
148         Instead of memset'ng a region to zero, place an int[] covering it.
149         A good place to start is add_nursery_frag. The tricky thing here is
150         placing those objects atomically outside of a collection.
151
152  *) Allocation should use asymmetric Dekker synchronization:
153         http://blogs.oracle.com/dave/resource/Asymmetric-Dekker-Synchronization.txt
154         This should help weak consistency archs.
155  */
156 #include "config.h"
157 #ifdef HAVE_SGEN_GC
158
159 #ifdef __MACH__
160 #undef _XOPEN_SOURCE
161 #define _XOPEN_SOURCE
162 #define _DARWIN_C_SOURCE
163 #endif
164
165 #ifdef HAVE_UNISTD_H
166 #include <unistd.h>
167 #endif
168 #ifdef HAVE_PTHREAD_H
169 #include <pthread.h>
170 #endif
171 #ifdef HAVE_PTHREAD_NP_H
172 #include <pthread_np.h>
173 #endif
174 #include <stdio.h>
175 #include <string.h>
176 #include <errno.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <stdlib.h>
179
180 #include "mono/sgen/sgen-gc.h"
181 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
182 #include "mono/sgen/sgen-protocol.h"
183 #include "mono/sgen/sgen-memory-governor.h"
184 #include "mono/sgen/sgen-hash-table.h"
185 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
186 #include "mono/sgen/sgen-pinning.h"
187 #include "mono/sgen/sgen-workers.h"
188 #include "mono/sgen/sgen-client.h"
189 #include "mono/sgen/sgen-pointer-queue.h"
190 #include "mono/sgen/gc-internal-agnostic.h"
191 #include "mono/utils/mono-proclib.h"
192 #include "mono/utils/mono-memory-model.h"
193 #include "mono/utils/hazard-pointer.h"
194
195 #include <mono/utils/memcheck.h>
196
197 #undef pthread_create
198 #undef pthread_join
199 #undef pthread_detach
200
201 /*
202  * ######################################################################
203  * ########  Types and constants used by the GC.
204  * ######################################################################
205  */
206
207 /* 0 means not initialized, 1 is initialized, -1 means in progress */
208 static int gc_initialized = 0;
209 /* If set, check if we need to do something every X allocations */
210 gboolean has_per_allocation_action;
211 /* If set, do a heap check every X allocation */
212 guint32 verify_before_allocs = 0;
213 /* If set, do a minor collection before every X allocation */
214 guint32 collect_before_allocs = 0;
215 /* If set, do a whole heap check before each collection */
216 static gboolean whole_heap_check_before_collection = FALSE;
217 /* If set, do a remset consistency check at various opportunities */
218 static gboolean remset_consistency_checks = FALSE;
219 /* If set, do a mod union consistency check before each finishing collection pause */
220 static gboolean mod_union_consistency_check = FALSE;
221 /* If set, check whether mark bits are consistent after major collections */
222 static gboolean check_mark_bits_after_major_collection = FALSE;
223 /* If set, check that all nursery objects are pinned/not pinned, depending on context */
224 static gboolean check_nursery_objects_pinned = FALSE;
225 /* If set, do a few checks when the concurrent collector is used */
226 static gboolean do_concurrent_checks = FALSE;
227 /* If set, do a plausibility check on the scan_starts before and after
228    each collection */
229 static gboolean do_scan_starts_check = FALSE;
230
231 static gboolean disable_minor_collections = FALSE;
232 static gboolean disable_major_collections = FALSE;
233 static gboolean do_verify_nursery = FALSE;
234 static gboolean do_dump_nursery_content = FALSE;
235 static gboolean enable_nursery_canaries = FALSE;
236
237 static gboolean precleaning_enabled = TRUE;
238
239 #ifdef HEAVY_STATISTICS
240 guint64 stat_objects_alloced_degraded = 0;
241 guint64 stat_bytes_alloced_degraded = 0;
242
243 guint64 stat_copy_object_called_nursery = 0;
244 guint64 stat_objects_copied_nursery = 0;
245 guint64 stat_copy_object_called_major = 0;
246 guint64 stat_objects_copied_major = 0;
247
248 guint64 stat_scan_object_called_nursery = 0;
249 guint64 stat_scan_object_called_major = 0;
250
251 guint64 stat_slots_allocated_in_vain;
252
253 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_from_space = 0;
254 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_forwarded = 0;
255 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_pinned = 0;
256 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_to_space = 0;
257
258 static guint64 stat_wbarrier_add_to_global_remset = 0;
259 static guint64 stat_wbarrier_arrayref_copy = 0;
260 static guint64 stat_wbarrier_generic_store = 0;
261 static guint64 stat_wbarrier_generic_store_atomic = 0;
262 static guint64 stat_wbarrier_set_root = 0;
263 #endif
264
265 static guint64 stat_pinned_objects = 0;
266
267 static guint64 time_minor_pre_collection_fragment_clear = 0;
268 static guint64 time_minor_pinning = 0;
269 static guint64 time_minor_scan_remsets = 0;
270 static guint64 time_minor_scan_pinned = 0;
271 static guint64 time_minor_scan_roots = 0;
272 static guint64 time_minor_finish_gray_stack = 0;
273 static guint64 time_minor_fragment_creation = 0;
274
275 static guint64 time_major_pre_collection_fragment_clear = 0;
276 static guint64 time_major_pinning = 0;
277 static guint64 time_major_scan_pinned = 0;
278 static guint64 time_major_scan_roots = 0;
279 static guint64 time_major_scan_mod_union = 0;
280 static guint64 time_major_finish_gray_stack = 0;
281 static guint64 time_major_free_bigobjs = 0;
282 static guint64 time_major_los_sweep = 0;
283 static guint64 time_major_sweep = 0;
284 static guint64 time_major_fragment_creation = 0;
285
286 static guint64 time_max = 0;
287
288 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_start);
289 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_end);
290
291 static SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
292 static SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
293
294 int gc_debug_level = 0;
295 FILE* gc_debug_file;
296
297 /*
298 void
299 mono_gc_flush_info (void)
300 {
301         fflush (gc_debug_file);
302 }
303 */
304
305 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
306 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
307 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
308
309 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
310
311 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
312
313 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
314 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
315 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
316
317 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
318
319 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
320
321 gboolean
322 nursery_canaries_enabled (void)
323 {
324         return enable_nursery_canaries;
325 }
326
327 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
328
329 #if defined(HAVE_CONC_GC_AS_DEFAULT)
330 /* Use concurrent major on deskstop platforms */
331 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_conc_init
332 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep-conc"
333 #else
334 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_init
335 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep"
336 #endif
337
338 /*
339  * ######################################################################
340  * ########  Global data.
341  * ######################################################################
342  */
343 MonoCoopMutex gc_mutex;
344
345 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
346
347 size_t degraded_mode = 0;
348
349 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
350
351 GCMemSection *nursery_section = NULL;
352 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
353 static volatile mword highest_heap_address = 0;
354
355 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
356
357 int current_collection_generation = -1;
358 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
359
360 /* objects that are ready to be finalized */
361 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
362 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
363
364 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
365 /* 
366  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
367  */
368 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
369         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
370         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
371         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
372 };
373 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
374
375 /* The size of a TLAB */
376 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
377  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
378  * FIXME: Tune this.
379  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
380  */
381 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
382
383 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
384
385 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
386
387 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
388
389 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
390 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
391 #endif
392
393 /*Object was pinned during the current collection*/
394 static mword objects_pinned;
395
396 /*
397  * ######################################################################
398  * ########  Macros and function declarations.
399  * ######################################################################
400  */
401
402 /* FIXME: get rid of this */
403 typedef SgenGrayQueue GrayQueue;
404
405 /* forward declarations */
406 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
407
408 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
409 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
410
411
412 SgenMajorCollector major_collector;
413 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
414
415 static SgenRememberedSet remset;
416
417 /*
418  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
419  * concurrent, we use the main gray queue.
420  */
421 static SgenGrayQueue*
422 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data, SgenGrayQueue *default_gray_queue)
423 {
424         if (worker_data)
425                 return &worker_data->private_gray_queue;
426         SGEN_ASSERT (0, default_gray_queue, "Why don't we have a default gray queue when we're not running in a worker thread?");
427         return default_gray_queue;
428 }
429
430 static void
431 gray_queue_enable_redirect (SgenGrayQueue *queue)
432 {
433         SGEN_ASSERT (0, concurrent_collection_in_progress, "Where are we redirecting the gray queue to, without a concurrent collection?");
434
435         sgen_gray_queue_set_alloc_prepare (queue, sgen_workers_take_from_queue_and_awake);
436         sgen_workers_take_from_queue_and_awake (queue);
437 }
438
439 void
440 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
441 {
442         while (start < end) {
443                 size_t size;
444                 char *obj;
445
446                 if (!*(void**)start) {
447                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
448                         continue;
449                 }
450
451                 if (allow_flags) {
452                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
453                                 obj = start;
454                 } else {
455                         obj = start;
456                 }
457
458                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
459                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
460                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
461                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
462                         CANARIFY_SIZE (size);
463                 } else {
464                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
465                 }
466
467                 start += size;
468         }
469 }
470
471 /*
472  * sgen_add_to_global_remset:
473  *
474  *   The global remset contains locations which point into newspace after
475  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
476  *
477  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
478  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
479  */
480 void
481 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
482 {
483         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
484
485         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
486
487         if (!major_collector.is_concurrent) {
488                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
489         } else {
490                 if (current_collection_generation == -1)
491                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
492         }
493
494         if (!object_is_pinned (obj))
495                 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");
496         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
497                 return;
498
499         remset.record_pointer (ptr);
500
501         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
502
503         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
504         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
505 }
506
507 /*
508  * sgen_drain_gray_stack:
509  *
510  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
511  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
512  * usage.
513  *
514  */
515 gboolean
516 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
517 {
518         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
519         GrayQueue *queue = ctx.queue;
520
521         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
522                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
523
524         for (;;) {
525                 GCObject *obj;
526                 SgenDescriptor desc;
527                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
528                 if (!obj)
529                         return TRUE;
530                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
531                 scan_func (obj, desc, queue);
532         }
533         return FALSE;
534 }
535
536 /*
537  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
538  * the object header for each address and pins the object. The
539  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
540  * address array is overwritten with the addresses of the actually
541  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
542  */
543 static int
544 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
545 {
546         GCMemSection *section = nursery_section;
547         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
548         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
549         void *start_nursery = section->data;
550         void *end_nursery = section->next_data;
551         void *last = NULL;
552         int count = 0;
553         void *search_start;
554         void *addr;
555         void *pinning_front = start_nursery;
556         size_t idx;
557         void **definitely_pinned = start;
558         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
559         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
560
561         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
562
563         while (start < end) {
564                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
565                 size_t obj_to_pin_size = 0;
566                 SgenDescriptor desc;
567
568                 addr = *start;
569
570                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
571                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
572
573                 if (addr == last) {
574                         ++start;
575                         continue;
576                 }
577
578                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
579                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
580                 if (addr < pinning_front) {
581                         start++;
582                         continue;
583                 }
584
585                 /*
586                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
587                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
588                  * start at start_nursery.
589                  */
590                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
591                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
592                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
593                 if (!search_start || search_start > addr) {
594                         while (idx) {
595                                 --idx;
596                                 search_start = section->scan_starts [idx];
597                                 if (search_start && search_start <= addr)
598                                         break;
599                         }
600                         if (!search_start || search_start > addr)
601                                 search_start = start_nursery;
602                 }
603
604                 /*
605                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
606                  * searching at the front.
607                  */
608                 if (search_start < pinning_front)
609                         search_start = pinning_front;
610
611                 /*
612                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
613                  *
614                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
615                  */
616                 do {
617                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
618
619                         /* Skip zeros. */
620                         if (!*(void**)search_start) {
621                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
622                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
623                                 continue;
624                         }
625
626                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
627
628                         /*
629                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
630                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
631                          * either.
632                          */
633                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
634                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
635                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
636
637                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
638                                         /* This is the object we're looking for. */
639                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
640                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
641                                         break;
642                                 }
643                         }
644
645                         /* Skip to the next object */
646                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
647                 } while (search_start <= addr);
648
649                 /* We've searched past the address we were looking for. */
650                 if (!obj_to_pin) {
651                         pinning_front = search_start;
652                         goto next_pin_queue_entry;
653                 }
654
655                 /*
656                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
657                  * can advance the pinning front in any case.
658                  */
659                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
660
661                 /*
662                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
663                  * fragment, we don't pin it.
664                  */
665                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
666                         goto next_pin_queue_entry;
667
668                 /*
669                  * Finally - pin the object!
670                  */
671                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
672                 if (do_scan_objects) {
673                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
674                 } else {
675                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
676                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
677                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
678                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
679                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
680
681                         pin_object (obj_to_pin);
682                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
683                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
684                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
685                         count++;
686                 }
687                 if (concurrent_collection_in_progress)
688                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
689
690         next_pin_queue_entry:
691                 last = addr;
692                 ++start;
693         }
694         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
695         stat_pinned_objects += count;
696         return count;
697 }
698
699 static void
700 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
701 {
702         size_t reduced_to;
703
704         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
705                 return;
706
707         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
708         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
709 }
710
711 /*
712  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
713  * when we can't promote an object because we're out of memory.
714  */
715 void
716 sgen_pin_object (GCObject *object, GrayQueue *queue)
717 {
718         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
719
720         /*
721          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
722          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
723          */
724         sgen_pin_stage_ptr (object);
725
726         SGEN_PIN_OBJECT (object);
727         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
728
729         ++objects_pinned;
730         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
731
732         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
733 }
734
735 /* Sort the addresses in array in increasing order.
736  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
737  */
738 void
739 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
740 {
741         size_t i;
742         void *tmp;
743
744         for (i = 1; i < size; ++i) {
745                 size_t child = i;
746                 while (child > 0) {
747                         size_t parent = (child - 1) / 2;
748
749                         if (array [parent] >= array [child])
750                                 break;
751
752                         tmp = array [parent];
753                         array [parent] = array [child];
754                         array [child] = tmp;
755
756                         child = parent;
757                 }
758         }
759
760         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
761                 size_t end, root;
762                 tmp = array [i];
763                 array [i] = array [0];
764                 array [0] = tmp;
765
766                 end = i - 1;
767                 root = 0;
768
769                 while (root * 2 + 1 <= end) {
770                         size_t child = root * 2 + 1;
771
772                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
773                                 ++child;
774                         if (array [root] >= array [child])
775                                 break;
776
777                         tmp = array [root];
778                         array [root] = array [child];
779                         array [child] = tmp;
780
781                         root = child;
782                 }
783         }
784 }
785
786 /* 
787  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
788  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
789  * Typically used for thread stacks.
790  */
791 void
792 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
793 {
794         int count = 0;
795
796         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
797
798 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
799         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
800 #endif
801
802         while (start < end) {
803                 /*
804                  * *start can point to the middle of an object
805                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
806                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
807                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
808                  * may keep the only reference to an object by pointing
809                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
810                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
811                  * from pointers to the start of the next object in memory
812                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
813                  * We queue the pointer in an array, the
814                  * array will then be sorted and uniqued. This way
815                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
816                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
817                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
818                  * alignment, so the unique process is more effective.
819                  */
820                 mword addr = (mword)*start;
821                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
822                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
823                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
824                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
825                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
826                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
827                         count++;
828                 }
829                 start++;
830         }
831         if (count)
832                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
833 }
834
835 /*
836  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
837  * This function considers all the areas of memory that need to be
838  * conservatively scanned.
839  */
840 static void
841 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
842 {
843         void **start_root;
844         RootRecord *root;
845         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);
846         /* objects pinned from the API are inside these roots */
847         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
848                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
849                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
850         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
851         /* now deal with the thread stacks
852          * in the future we should be able to conservatively scan only:
853          * *) the cpu registers
854          * *) the unmanaged stack frames
855          * *) the _last_ managed stack frame
856          * *) pointers slots in managed frames
857          */
858         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
859 }
860
861 static void
862 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
863 {
864         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
865         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
866 }
867
868 /*
869  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
870  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
871  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
872  * This functions copies them to to_space updates them.
873  *
874  * This function is not thread-safe!
875  */
876 static void
877 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
878 {
879         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
880         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
881
882         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
883         case ROOT_DESC_BITMAP:
884                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
885                 while (desc) {
886                         if ((desc & 1) && *start_root) {
887                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
888                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
889                         }
890                         desc >>= 1;
891                         start_root++;
892                 }
893                 return;
894         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
895                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
896                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
897                 void **start_run = start_root;
898                 bitmap_data++;
899                 while (bwords-- > 0) {
900                         gsize bmap = *bitmap_data++;
901                         void **objptr = start_run;
902                         while (bmap) {
903                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
904                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
905                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
906                                 }
907                                 bmap >>= 1;
908                                 ++objptr;
909                         }
910                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
911                 }
912                 break;
913         }
914         case ROOT_DESC_USER: {
915                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
916                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
917                 break;
918         }
919         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
920                 g_assert_not_reached ();
921         default:
922                 g_assert_not_reached ();
923         }
924 }
925
926 static void
927 reset_heap_boundaries (void)
928 {
929         lowest_heap_address = ~(mword)0;
930         highest_heap_address = 0;
931 }
932
933 void
934 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
935 {
936         mword old;
937
938         do {
939                 old = lowest_heap_address;
940                 if (low >= old)
941                         break;
942         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
943
944         do {
945                 old = highest_heap_address;
946                 if (high <= old)
947                         break;
948         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
949 }
950
951 /*
952  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
953  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
954  */
955 static void
956 alloc_nursery (void)
957 {
958         GCMemSection *section;
959         char *data;
960         size_t scan_starts;
961         size_t alloc_size;
962
963         if (nursery_section)
964                 return;
965         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
966         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
967          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
968          * objects in the existing nursery.
969          */
970         /* FIXME: handle OOM */
971         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
972
973         alloc_size = sgen_nursery_size;
974
975         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
976         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
977
978         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
979         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
980         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 ());
981         section->data = section->next_data = data;
982         section->size = alloc_size;
983         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
984         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
985         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
986         section->num_scan_start = scan_starts;
987
988         nursery_section = section;
989
990         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
991 }
992
993 FILE *
994 mono_gc_get_logfile (void)
995 {
996         return gc_debug_file;
997 }
998
999 static void
1000 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1001 {
1002         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1003         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1004         size_t i;
1005
1006         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1007                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1008                 if (!obj)
1009                         continue;
1010                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1011                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1012         }
1013 }
1014
1015 static const char*
1016 generation_name (int generation)
1017 {
1018         switch (generation) {
1019         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1020         case GENERATION_OLD: return "old";
1021         default: g_assert_not_reached ();
1022         }
1023 }
1024
1025 const char*
1026 sgen_generation_name (int generation)
1027 {
1028         return generation_name (generation);
1029 }
1030
1031 static void
1032 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1033 {
1034         TV_DECLARE (atv);
1035         TV_DECLARE (btv);
1036         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1037         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1038         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1039         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1040
1041         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1042         /*
1043          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1044          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1045          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1046          * additional roots and we may add more items as we go.
1047          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1048          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1049          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1050          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1051          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1052          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1053          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1054          */
1055         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1056         TV_GETTIME (atv);
1057         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1058
1059         /*
1060         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1061         collection trigged by minor overflow.
1062
1063         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1064         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1065         */
1066         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1067                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1068
1069         /*
1070          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1071          * to ensure they see the full set of live objects.
1072          */
1073         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1074
1075         /*
1076          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1077          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1078          * objects that are in fact reachable.
1079          */
1080         done_with_ephemerons = 0;
1081         do {
1082                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1083                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1084                 ++ephemeron_rounds;
1085         } while (!done_with_ephemerons);
1086
1087         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1088                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1089                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1090                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1091                 if (generation == GENERATION_OLD)
1092                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1093
1094                 /*
1095                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1096
1097                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1098                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1099
1100                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1101
1102                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1103                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1104                 be a big deal.
1105                 */
1106                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1107         }
1108
1109         /*
1110         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1111         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1112         */
1113         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1114
1115         /*
1116         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1117         finalization so they can be cleared before that.
1118         */
1119         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1120         if (generation == GENERATION_OLD)
1121                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1122
1123
1124         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1125          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1126          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1127          * are marked/copied.
1128          */
1129         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1130         if (generation == GENERATION_OLD)
1131                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1132         /* drain the new stack that might have been created */
1133         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1134         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1135
1136         /*
1137          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1138          */
1139         done_with_ephemerons = 0;
1140         do {
1141                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1142                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1143                 ++ephemeron_rounds;
1144         } while (!done_with_ephemerons);
1145
1146         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1147
1148         /*
1149          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1150          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1151          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1152         */
1153         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1154
1155         TV_GETTIME (btv);
1156         SGEN_LOG (2, "Finalize queue handling scan for %s generation: %lld usecs %d ephemeron rounds", generation_name (generation), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), ephemeron_rounds);
1157
1158         /*
1159          * handle disappearing links
1160          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1161          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1162          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1163          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1164          * called.
1165          */
1166         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1167         for (;;) {
1168                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1169                 if (generation == GENERATION_OLD)
1170                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1171                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1172                         break;
1173                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1174         }
1175
1176         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1177
1178         sgen_gray_object_queue_trim_free_list (queue);
1179         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1180 }
1181
1182 void
1183 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1184 {
1185         size_t i;
1186         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1187                 if (section->scan_starts [i]) {
1188                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1189                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1190                 }
1191         }
1192 }
1193
1194 static void
1195 check_scan_starts (void)
1196 {
1197         if (!do_scan_starts_check)
1198                 return;
1199         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1200         major_collector.check_scan_starts ();
1201 }
1202
1203 static void
1204 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1205 {
1206         void **start_root;
1207         RootRecord *root;
1208         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1209                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1210                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1211         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1212 }
1213
1214 static void
1215 init_stats (void)
1216 {
1217         static gboolean inited = FALSE;
1218
1219         if (inited)
1220                 return;
1221
1222         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1223
1224         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1225         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1226         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1227         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1228         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1229         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1230
1231         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1232         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1233         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1234         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1235         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1236         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1237         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1238         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1239         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1240         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1241
1242         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1243
1244 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1245         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1246         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1247         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1248         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1249         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1250
1251         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1252         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1253
1254         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1255         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1256         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1257         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1258
1259         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1260         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1261
1262         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1263
1264         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1265         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1266         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1267         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1268
1269         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1270 #endif
1271
1272         inited = TRUE;
1273 }
1274
1275
1276 static void
1277 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1278 {
1279         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1280 }
1281
1282 void
1283 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1284 {
1285         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1286 }
1287
1288 gboolean
1289 sgen_collection_is_concurrent (void)
1290 {
1291         switch (current_collection_generation) {
1292         case GENERATION_NURSERY:
1293                 return FALSE;
1294         case GENERATION_OLD:
1295                 return concurrent_collection_in_progress;
1296         default:
1297                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1298         }
1299         return FALSE;
1300 }
1301
1302 gboolean
1303 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1304 {
1305         return concurrent_collection_in_progress;
1306 }
1307
1308 typedef struct {
1309         SgenThreadPoolJob job;
1310         SgenObjectOperations *ops;
1311         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1312 } ScanJob;
1313
1314 static ScanCopyContext
1315 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1316 {
1317         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1318
1319         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1320 }
1321
1322 static void
1323 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1324 {
1325         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1326 }
1327
1328 typedef struct {
1329         ScanJob scan_job;
1330         char *heap_start;
1331         char *heap_end;
1332         int root_type;
1333 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1334
1335 static void
1336 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1337 {
1338         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1339         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1340
1341         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1342 }
1343
1344 typedef struct {
1345         ScanJob scan_job;
1346         char *heap_start;
1347         char *heap_end;
1348 } ScanThreadDataJob;
1349
1350 static void
1351 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1352 {
1353         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1354         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1355
1356         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1357 }
1358
1359 typedef struct {
1360         ScanJob scan_job;
1361         SgenPointerQueue *queue;
1362 } ScanFinalizerEntriesJob;
1363
1364 static void
1365 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1366 {
1367         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1368         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1369
1370         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1371 }
1372
1373 static void
1374 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1375 {
1376         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1377         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1378
1379         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1380         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1381 }
1382
1383 static void
1384 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1385 {
1386         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1387         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1388
1389         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1390         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1391 }
1392
1393 static void
1394 job_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1395 {
1396         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1397         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1398
1399         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1400
1401         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1402         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1403
1404         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1405 }
1406
1407 static void
1408 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1409 {
1410         if (use_workers)
1411                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1412         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1413 }
1414
1415 static void
1416 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1417 {
1418         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1419         ScanThreadDataJob *stdj;
1420         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1421
1422         /* registered roots, this includes static fields */
1423
1424         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1425         scrrj->scan_job.ops = ops;
1426         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1427         scrrj->heap_start = heap_start;
1428         scrrj->heap_end = heap_end;
1429         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1430         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1431
1432         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1433         scrrj->scan_job.ops = ops;
1434         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1435         scrrj->heap_start = heap_start;
1436         scrrj->heap_end = heap_end;
1437         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1438         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1439
1440         /* Threads */
1441
1442         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1443         stdj->scan_job.ops = ops;
1444         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1445         stdj->heap_start = heap_start;
1446         stdj->heap_end = heap_end;
1447         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1448
1449         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1450
1451         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1452         sfej->scan_job.ops = ops;
1453         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1454         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1455         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1456
1457         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1458         sfej->scan_job.ops = ops;
1459         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1460         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1461         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1462 }
1463
1464 /*
1465  * Perform a nursery collection.
1466  *
1467  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1468  */
1469 static gboolean
1470 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue, gboolean finish_up_concurrent_mark)
1471 {
1472         gboolean needs_major;
1473         size_t max_garbage_amount;
1474         char *nursery_next;
1475         mword fragment_total;
1476         ScanJob *sj;
1477         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1478         SgenObjectOperations *object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1479         ScanCopyContext ctx;
1480         TV_DECLARE (atv);
1481         TV_DECLARE (btv);
1482
1483         if (disable_minor_collections)
1484                 return TRUE;
1485
1486         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1487         atv = last_minor_collection_start_tv;
1488
1489         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1490
1491         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1492                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1493
1494         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1495
1496         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1497
1498         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1499
1500         check_scan_starts ();
1501
1502         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1503
1504         degraded_mode = 0;
1505         objects_pinned = 0;
1506         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1507         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1508         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1509
1510         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 ()));
1511         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1512         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1513
1514         /* world must be stopped already */
1515         TV_GETTIME (btv);
1516         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1517
1518         sgen_client_pre_collection_checks ();
1519
1520         nursery_section->next_data = nursery_next;
1521
1522         major_collector.start_nursery_collection ();
1523
1524         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1525
1526         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1527         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1528
1529         gc_stats.minor_gc_count ++;
1530
1531         if (whole_heap_check_before_collection) {
1532                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1533                 sgen_check_whole_heap (finish_up_concurrent_mark);
1534         }
1535
1536         sgen_process_fin_stage_entries ();
1537
1538         /* pin from pinned handles */
1539         sgen_init_pinning ();
1540         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1541         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1542         /* pin cemented objects */
1543         sgen_pin_cemented_objects ();
1544         /* identify pinned objects */
1545         sgen_optimize_pin_queue ();
1546         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1547
1548         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1549         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1550
1551         if (remset_consistency_checks)
1552                 sgen_check_remset_consistency ();
1553
1554         TV_GETTIME (atv);
1555         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1556         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1557         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1558
1559         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1560         sj->ops = object_ops;
1561         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1562         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1563
1564         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1565         TV_GETTIME (btv);
1566         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1567         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1568
1569         sgen_pin_stats_report ();
1570
1571         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1572         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1573
1574         TV_GETTIME (atv);
1575         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1576
1577         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1578
1579         TV_GETTIME (btv);
1580         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1581
1582         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1583
1584         TV_GETTIME (atv);
1585         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1586         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1587
1588         if (objects_pinned) {
1589                 sgen_optimize_pin_queue ();
1590                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1591         }
1592
1593         /*
1594          * This is the latest point at which we can do this check, because
1595          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1596          */
1597         if (remset_consistency_checks)
1598                 sgen_check_remset_consistency ();
1599
1600         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1601          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1602          * next allocations.
1603          */
1604         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1605         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1606         if (!fragment_total)
1607                 degraded_mode = 1;
1608
1609         /* Clear TLABs for all threads */
1610         sgen_clear_tlabs ();
1611
1612         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1613         TV_GETTIME (btv);
1614         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1615         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1616
1617         if (remset_consistency_checks)
1618                 sgen_check_major_refs ();
1619
1620         major_collector.finish_nursery_collection ();
1621
1622         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1623         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1624
1625         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1626
1627         /* prepare the pin queue for the next collection */
1628         sgen_finish_pinning ();
1629         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1630                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1631                 sgen_client_finalize_notify ();
1632         }
1633         sgen_pin_stats_reset ();
1634         /* clear cemented hash */
1635         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1636
1637         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1638
1639         remset.finish_minor_collection ();
1640
1641         check_scan_starts ();
1642
1643         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1644
1645         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1646
1647         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1648         needs_major = objects_pinned > 0;
1649         current_collection_generation = -1;
1650         objects_pinned = 0;
1651
1652         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1653
1654         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1655                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1656
1657         return needs_major;
1658 }
1659
1660 typedef enum {
1661         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1662         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1663         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1664 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1665
1666 static void
1667 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1668 {
1669         LOSObject *bigobj;
1670         TV_DECLARE (atv);
1671         TV_DECLARE (btv);
1672         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1673          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1674          */
1675         char *heap_start = NULL;
1676         char *heap_end = (char*)-1;
1677         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1678         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1679
1680         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1681
1682         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1683                 /*This cleans up unused fragments */
1684                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1685
1686                 if (do_concurrent_checks)
1687                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1688         } else {
1689                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1690                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1691         }
1692
1693         TV_GETTIME (atv);
1694
1695         /* Pinning depends on this */
1696         sgen_clear_nursery_fragments ();
1697
1698         if (whole_heap_check_before_collection)
1699                 sgen_check_whole_heap (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT);
1700
1701         TV_GETTIME (btv);
1702         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1703
1704         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1705                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1706         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1707          * and deal with pointers outside of the sections later.
1708          */
1709
1710         objects_pinned = 0;
1711
1712         sgen_client_pre_collection_checks ();
1713
1714         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1715                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1716                 remset.clear_cards ();
1717         }
1718
1719         sgen_process_fin_stage_entries ();
1720
1721         TV_GETTIME (atv);
1722         sgen_init_pinning ();
1723         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1724         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1725         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1726                 /* Pin cemented objects that were forced */
1727                 sgen_pin_cemented_objects ();
1728         }
1729         sgen_optimize_pin_queue ();
1730         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1731                 /*
1732                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1733                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1734                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1735                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1736                  */
1737                 sgen_cement_force_pinned ();
1738         }
1739
1740         sgen_client_collecting_major_1 ();
1741
1742         /*
1743          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1744          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1745          * objects are pinned.
1746          *
1747          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1748          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1749          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1750          *
1751          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1752          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1753          */
1754         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1755         /* first pass for the sections */
1756         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1757         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1758         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1759         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1760                 size_t dummy;
1761                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1762                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1763
1764                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1765                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1766                                 continue;
1767                         }
1768                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1769                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1770                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1771                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1772                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1773                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1774                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1775
1776                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1777                 }
1778         }
1779
1780         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1781         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1782                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1783
1784         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1785         if (old_next_pin_slot)
1786                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1787
1788         /*
1789          * We don't actually pin when starting a concurrent collection, so the remset
1790          * consistency check won't work.
1791          */
1792         if (remset_consistency_checks && mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT)
1793                 sgen_check_remset_consistency ();
1794
1795         TV_GETTIME (btv);
1796         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1797         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1798         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1799
1800         major_collector.init_to_space ();
1801
1802         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1803         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1804                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1805                         /*
1806                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1807                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1808                          */
1809                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1810                         sgen_workers_join ();
1811                 }
1812         }
1813
1814 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1815         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1816 #endif
1817
1818         sgen_client_collecting_major_2 ();
1819
1820         TV_GETTIME (atv);
1821         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1822
1823         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1824
1825         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1826
1827         TV_GETTIME (btv);
1828         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1829
1830         /*
1831          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1832          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1833          * the roots.
1834          */
1835         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1836                 if (precleaning_enabled) {
1837                         ScanJob *sj;
1838                         /* Mod union preclean job */
1839                         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean mod union cardtable", job_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1840                         sj->ops = object_ops;
1841                         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1842                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, &sj->job);
1843                 } else {
1844                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1845                 }
1846                 gray_queue_enable_redirect (gc_thread_gray_queue);
1847         }
1848
1849         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1850                 ScanJob *sj;
1851
1852                 /* Mod union card table */
1853                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1854                 sj->ops = object_ops;
1855                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1856                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1857
1858                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1859                 sj->ops = object_ops;
1860                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1861                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1862
1863                 TV_GETTIME (atv);
1864                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1865         }
1866
1867         sgen_pin_stats_report ();
1868
1869         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1870                 sgen_finish_pinning ();
1871
1872                 sgen_pin_stats_reset ();
1873
1874                 if (do_concurrent_checks)
1875                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1876         }
1877 }
1878
1879 static void
1880 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1881 {
1882         SgenObjectOperations *object_ops;
1883
1884         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1885
1886         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1887
1888         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1889
1890         if (!concurrent)
1891                 sgen_cement_reset ();
1892
1893         if (concurrent) {
1894                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1895                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1896
1897                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1898         } else {
1899                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1900         }
1901
1902         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1903
1904         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1905
1906         //count_ref_nonref_objs ();
1907         //consistency_check ();
1908
1909         check_scan_starts ();
1910
1911         degraded_mode = 0;
1912         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1913         gc_stats.major_gc_count ++;
1914
1915         if (major_collector.start_major_collection)
1916                 major_collector.start_major_collection ();
1917
1918         major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, old_next_pin_slot, concurrent ? COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT : COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL, object_ops);
1919 }
1920
1921 static void
1922 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1923 {
1924         ScannedObjectCounts counts;
1925         SgenObjectOperations *object_ops;
1926         mword fragment_total;
1927         TV_DECLARE (atv);
1928         TV_DECLARE (btv);
1929
1930         TV_GETTIME (btv);
1931
1932         if (concurrent_collection_in_progress) {
1933                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
1934
1935                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
1936
1937 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1938                 main_gc_thread = NULL;
1939 #endif
1940         } else {
1941                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1942         }
1943
1944         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1945
1946         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
1947         TV_GETTIME (atv);
1948         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1949
1950         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
1951
1952         if (objects_pinned) {
1953                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
1954
1955                 /*
1956                  * This is slow, but we just OOM'd.
1957                  *
1958                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
1959                  * queue is laid out at this point.
1960                  */
1961                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
1962                 /*
1963                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
1964                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
1965                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
1966                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
1967                  * somewhere.
1968                  */
1969                 sgen_optimize_pin_queue ();
1970                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1971                 objects_pinned = 0;
1972         }
1973
1974         reset_heap_boundaries ();
1975         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
1976
1977         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1978          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1979          * next allocations.
1980          */
1981         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
1982         if (!fragment_total)
1983                 degraded_mode = 1;
1984         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
1985
1986         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
1987                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1988
1989         /* prepare the pin queue for the next collection */
1990         sgen_finish_pinning ();
1991
1992         /* Clear TLABs for all threads */
1993         sgen_clear_tlabs ();
1994
1995         sgen_pin_stats_reset ();
1996
1997         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1998
1999         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2000                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2001
2002         TV_GETTIME (btv);
2003         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2004
2005         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2006         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2007
2008         TV_GETTIME (atv);
2009         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2010
2011         sgen_los_sweep ();
2012
2013         TV_GETTIME (btv);
2014         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2015
2016         major_collector.sweep ();
2017
2018         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2019
2020         TV_GETTIME (atv);
2021         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2022
2023         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2024
2025         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2026                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2027                 sgen_client_finalize_notify ();
2028         }
2029
2030         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2031         current_collection_generation = -1;
2032
2033         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2034         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2035
2036         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2037
2038         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2039         if (concurrent_collection_in_progress)
2040                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2041
2042         check_scan_starts ();
2043
2044         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2045
2046         //consistency_check ();
2047
2048         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2049 }
2050
2051 static gboolean
2052 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2053 {
2054         TV_DECLARE (time_start);
2055         TV_DECLARE (time_end);
2056         size_t old_next_pin_slot;
2057         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2058
2059         if (disable_major_collections)
2060                 return FALSE;
2061
2062         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2063                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2064                 g_assert (!num_marked);
2065         }
2066
2067         /* world must be stopped already */
2068         TV_GETTIME (time_start);
2069
2070         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2071         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2072         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2073         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2074
2075         TV_GETTIME (time_end);
2076         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2077
2078         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2079         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2080                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2081
2082         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2083 }
2084
2085 static void
2086 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2087 {
2088         TV_DECLARE (time_start);
2089         TV_DECLARE (time_end);
2090         long long num_objects_marked;
2091         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2092
2093         if (disable_major_collections)
2094                 return;
2095
2096         TV_GETTIME (time_start);
2097         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2098
2099         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2100         g_assert (num_objects_marked == 0);
2101
2102         binary_protocol_concurrent_start ();
2103
2104         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2105         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2106         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2107         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2108
2109         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2110
2111         TV_GETTIME (time_end);
2112         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2113
2114         current_collection_generation = -1;
2115 }
2116
2117 /*
2118  * Returns whether the major collection has finished.
2119  */
2120 static gboolean
2121 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2122 {
2123         return sgen_workers_all_done ();
2124 }
2125
2126 static void
2127 major_update_concurrent_collection (void)
2128 {
2129         TV_DECLARE (total_start);
2130         TV_DECLARE (total_end);
2131
2132         TV_GETTIME (total_start);
2133
2134         binary_protocol_concurrent_update ();
2135
2136         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2137         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2138
2139         TV_GETTIME (total_end);
2140         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2141 }
2142
2143 static void
2144 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2145 {
2146         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2147         TV_DECLARE (total_start);
2148         TV_DECLARE (total_end);
2149
2150         TV_GETTIME (total_start);
2151
2152         binary_protocol_concurrent_finish ();
2153
2154         /*
2155          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2156          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2157          * additional cardtable and object scanning.
2158          */
2159         sgen_workers_stop_all_workers ();
2160
2161         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2162         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2163
2164         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2165         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2166
2167         if (mod_union_consistency_check)
2168                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2169
2170         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2171         sgen_cement_reset ();
2172         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2173         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2174         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2175
2176         if (whole_heap_check_before_collection)
2177                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
2178
2179         TV_GETTIME (total_end);
2180         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end) - TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
2181
2182         current_collection_generation = -1;
2183 }
2184
2185 /*
2186  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2187  *
2188  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2189  */
2190 void
2191 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2192 {
2193         int generation_to_collect = -1;
2194         const char *reason = NULL;
2195
2196         if (generation == GENERATION_OLD) {
2197                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2198                         reason = "LOS overflow";
2199                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2200                 }
2201         } else {
2202                 if (degraded_mode) {
2203                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2204                                 reason = "Degraded mode overflow";
2205                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2206                         }
2207                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2208                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2209                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2210                 } else {
2211                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2212                         reason = "Nursery full";                        
2213                 }
2214         }
2215
2216         if (generation_to_collect == -1) {
2217                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2218                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2219                         reason = "Finish concurrent collection";
2220                 }
2221         }
2222
2223         if (generation_to_collect == -1)
2224                 return;
2225         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2226 }
2227
2228 /*
2229  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2230  */
2231 void
2232 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2233 {
2234         TV_DECLARE (gc_total_start);
2235         TV_DECLARE (gc_total_end);
2236         int overflow_generation_to_collect = -1;
2237         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2238         const char *overflow_reason = NULL;
2239         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2240
2241         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2242
2243         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2244
2245         if (stw)
2246                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2247         else
2248                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2249                 
2250
2251         TV_GETTIME (gc_total_start);
2252
2253         // FIXME: extract overflow reason
2254         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2255         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2256                 if (concurrent_collection_in_progress)
2257                         major_update_concurrent_collection ();
2258
2259                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL, FALSE) && !concurrent_collection_in_progress) {
2260                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2261                         overflow_reason = "Minor overflow";
2262                 }
2263         } else if (finish_concurrent) {
2264                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2265                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2266         } else {
2267                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2268                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2269                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL, FALSE);
2270                         major_start_concurrent_collection (reason);
2271                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2272                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2273                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2274                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2275                 }
2276         }
2277
2278         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2279                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2280
2281                 /*
2282                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2283                  * or the nursery is fully pinned.
2284                  */
2285
2286                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2287                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL, FALSE);
2288                 else
2289                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2290
2291                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2292         }
2293
2294         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2295
2296         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2297         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2298                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2299                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2300                 sgen_dump_pin_queue ();
2301                 degraded_mode = 1;
2302         }
2303
2304         TV_GETTIME (gc_total_end);
2305         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2306
2307         if (stw)
2308                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2309 }
2310
2311 /*
2312  * ######################################################################
2313  * ########  Memory allocation from the OS
2314  * ######################################################################
2315  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2316  * allocating memory for GC-internal data structures.
2317  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2318  */
2319
2320 /*
2321  * Debug reporting.
2322  */
2323 G_GNUC_UNUSED static void
2324 report_internal_mem_usage (void)
2325 {
2326         printf ("Internal memory usage:\n");
2327         sgen_report_internal_mem_usage ();
2328         printf ("Pinned memory usage:\n");
2329         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2330 }
2331
2332 /*
2333  * ######################################################################
2334  * ########  Finalization support
2335  * ######################################################################
2336  */
2337
2338 /*
2339  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2340  * If it is pinned it's still alive as well.
2341  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2342  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2343  */
2344 static inline gboolean
2345 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2346 {
2347         if (ptr_in_nursery (object))
2348                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2349
2350         return sgen_major_is_object_alive (object);
2351 }
2352
2353 /*
2354  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2355  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2356  * are never alive during a minor collection.
2357  */
2358 static inline int
2359 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2360 {
2361         if (ptr_in_nursery (object))
2362                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2363
2364         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2365                 return FALSE;
2366
2367         return sgen_major_is_object_alive (object);
2368 }
2369
2370
2371 gboolean
2372 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2373 {
2374         return !sgen_is_object_alive (object);
2375 }
2376
2377 void
2378 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2379 {
2380         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2381
2382         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2383
2384         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2385 }
2386
2387 gboolean
2388 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2389 {
2390         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2391 }
2392
2393 /*
2394  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2395  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2396  * all finalizers have really finished running.
2397  *
2398  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2399  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2400  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2401  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2402  */
2403
2404 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2405
2406 int
2407 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2408 {
2409         int count = 0;
2410
2411         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2412
2413         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2414         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2415                 GCObject *obj;
2416
2417                 LOCK_GC;
2418
2419                 /*
2420                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2421                  * finalizable object.
2422                  */
2423                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2424                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2425                         mono_memory_write_barrier ();
2426                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2427                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2428                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2429                         mono_memory_write_barrier ();
2430                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2431                 } else {
2432                         obj = NULL;
2433                 }
2434
2435                 if (obj)
2436                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2437
2438                 UNLOCK_GC;
2439
2440                 if (!obj)
2441                         break;
2442
2443                 count++;
2444                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2445                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2446                 sgen_client_run_finalize (obj);
2447         }
2448
2449         if (pending_unqueued_finalizer) {
2450                 mono_memory_write_barrier ();
2451                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2452         }
2453
2454         return count;
2455 }
2456
2457 gboolean
2458 sgen_have_pending_finalizers (void)
2459 {
2460         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2461 }
2462
2463 /*
2464  * ######################################################################
2465  * ########  registered roots support
2466  * ######################################################################
2467  */
2468
2469 /*
2470  * We do not coalesce roots.
2471  */
2472 int
2473 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2474 {
2475         RootRecord new_root;
2476         int i;
2477         LOCK_GC;
2478         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2479                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2480                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2481                 if (root) {
2482                         size_t old_size = root->end_root - start;
2483                         root->end_root = start + size;
2484                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2485                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2486                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2487                         root->root_desc = descr;
2488                         roots_size += size;
2489                         roots_size -= old_size;
2490                         UNLOCK_GC;
2491                         return TRUE;
2492                 }
2493         }
2494
2495         new_root.end_root = start + size;
2496         new_root.root_desc = descr;
2497         new_root.source = source;
2498         new_root.msg = msg;
2499
2500         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2501         roots_size += size;
2502
2503         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);
2504
2505         UNLOCK_GC;
2506         return TRUE;
2507 }
2508
2509 void
2510 sgen_deregister_root (char* addr)
2511 {
2512         int root_type;
2513         RootRecord root;
2514
2515         LOCK_GC;
2516         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2517                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2518                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2519         }
2520         UNLOCK_GC;
2521 }
2522
2523 /*
2524  * ######################################################################
2525  * ########  Thread handling (stop/start code)
2526  * ######################################################################
2527  */
2528
2529 int
2530 sgen_get_current_collection_generation (void)
2531 {
2532         return current_collection_generation;
2533 }
2534
2535 void*
2536 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2537 {
2538 #ifndef HAVE_KW_THREAD
2539         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2540 #endif
2541
2542         sgen_init_tlab_info (info);
2543
2544         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2545
2546         return info;
2547 }
2548
2549 void
2550 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2551 {
2552         sgen_client_thread_unregister (p);
2553 }
2554
2555 /*
2556  * ######################################################################
2557  * ########  Write barriers
2558  * ######################################################################
2559  */
2560
2561 /*
2562  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2563  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2564  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2565  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2566  */
2567
2568 void
2569 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2570 {
2571         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2572         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2573         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2574                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2575                 return;
2576         }
2577
2578 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2579         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2580                 int i;
2581                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2582                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2583                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2584                         if (obj)
2585                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2586                 }
2587         }
2588 #endif
2589
2590         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2591 }
2592
2593 void
2594 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2595 {
2596         gpointer obj;
2597
2598         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2599
2600         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2601
2602         obj = *(gpointer*)ptr;
2603         if (obj)
2604                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2605
2606         /*
2607          * We need to record old->old pointer locations for the
2608          * concurrent collector.
2609          */
2610         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2611                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2612                 return;
2613         }
2614
2615         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2616
2617         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2618 }
2619
2620 void
2621 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2622 {
2623         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2624         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2625         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2626                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2627         sgen_dummy_use (value);
2628 }
2629
2630 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2631  * as an atomic operation with release semantics.
2632  */
2633 void
2634 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2635 {
2636         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2637
2638         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2639
2640         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2641
2642         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2643                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2644
2645         sgen_dummy_use (value);
2646 }
2647
2648 void
2649 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2650 {
2651         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2652         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2653
2654         while (size) {
2655                 if (bitmap & 0x1)
2656                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2657                 else
2658                         *dest = *src;
2659                 ++src;
2660                 ++dest;
2661                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2662                 bitmap >>= 1;
2663         }
2664 }
2665
2666 /*
2667  * ######################################################################
2668  * ########  Other mono public interface functions.
2669  * ######################################################################
2670  */
2671
2672 void
2673 sgen_gc_collect (int generation)
2674 {
2675         LOCK_GC;
2676         if (generation > 1)
2677                 generation = 1;
2678         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2679         UNLOCK_GC;
2680 }
2681
2682 int
2683 sgen_gc_collection_count (int generation)
2684 {
2685         if (generation == 0)
2686                 return gc_stats.minor_gc_count;
2687         return gc_stats.major_gc_count;
2688 }
2689
2690 size_t
2691 sgen_gc_get_used_size (void)
2692 {
2693         gint64 tot = 0;
2694         LOCK_GC;
2695         tot = los_memory_usage;
2696         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2697         tot += major_collector.get_used_size ();
2698         /* FIXME: account for pinned objects */
2699         UNLOCK_GC;
2700         return tot;
2701 }
2702
2703 void
2704 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2705 {
2706         va_list ap;
2707
2708         va_start (ap, description_format);
2709
2710         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2711         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2712         if (fallback)
2713                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2714         fprintf (stderr, "\n");
2715
2716         va_end (ap);
2717 }
2718
2719 static gboolean
2720 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2721 {
2722         char *endptr;
2723         double val = strtod (opt, &endptr);
2724         if (endptr == opt) {
2725                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2726                 return FALSE;
2727         }
2728         else if (val < min || val > max) {
2729                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2730                 return FALSE;
2731         }
2732         *result = val;
2733         return TRUE;
2734 }
2735
2736 void
2737 sgen_gc_init (void)
2738 {
2739         const char *env;
2740         char **opts, **ptr;
2741         char *major_collector_opt = NULL;
2742         char *minor_collector_opt = NULL;
2743         size_t max_heap = 0;
2744         size_t soft_limit = 0;
2745         int result;
2746         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2747         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2748         gboolean cement_enabled = TRUE;
2749
2750         do {
2751                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2752                 switch (result) {
2753                 case 1:
2754                         /* already inited */
2755                         return;
2756                 case -1:
2757                         /* being inited by another thread */
2758                         mono_thread_info_usleep (1000);
2759                         break;
2760                 case 0:
2761                         /* we will init it */
2762                         break;
2763                 default:
2764                         g_assert_not_reached ();
2765                 }
2766         } while (result != 0);
2767
2768         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2769
2770 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2771         mono_thread_smr_init ();
2772 #endif
2773
2774         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2775
2776         gc_debug_file = stderr;
2777
2778         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2779
2780         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME))) {
2781                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2782                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2783                         char *opt = *ptr;
2784                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2785                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2786                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2787                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2788                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2789                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2790                         }
2791                 }
2792         } else {
2793                 opts = NULL;
2794         }
2795
2796         init_stats ();
2797         sgen_init_internal_allocator ();
2798         sgen_init_nursery_allocator ();
2799         sgen_init_fin_weak_hash ();
2800         sgen_init_hash_table ();
2801         sgen_init_descriptors ();
2802         sgen_init_gray_queues ();
2803         sgen_init_allocator ();
2804         sgen_init_gchandles ();
2805
2806         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2807         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2808
2809         sgen_client_init ();
2810
2811         if (!minor_collector_opt) {
2812                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2813         } else {
2814                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2815                 use_simple_nursery:
2816                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2817                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2818                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2819                 } else {
2820                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2821                         goto use_simple_nursery;
2822                 }
2823         }
2824
2825         if (!major_collector_opt) {
2826         use_default_major:
2827                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2828         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2829                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2830         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2831                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2832         } else {
2833                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2834                 goto use_default_major;
2835         }
2836
2837         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2838
2839         if (opts) {
2840                 gboolean usage_printed = FALSE;
2841
2842                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2843                         char *opt = *ptr;
2844                         if (!strcmp (opt, ""))
2845                                 continue;
2846                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2847                                 continue;
2848                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2849                                 continue;
2850                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2851                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2852                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2853                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2854                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2855                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2856                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2857                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2858                                 } else {
2859                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2860                                 }
2861                                 continue;
2862                         }
2863                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2864                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2865                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2866                                         if (soft_limit <= 0) {
2867                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2868                                                 soft_limit = 0;
2869                                         }
2870                                 } else {
2871                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2872                                 }
2873                                 continue;
2874                         }
2875
2876 #ifdef USER_CONFIG
2877                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2878                                 size_t val;
2879                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2880                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2881                                         if ((val & (val - 1))) {
2882                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2883                                                 continue;
2884                                         }
2885
2886                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2887                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2888                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2889                                                 continue;
2890                                         }
2891
2892                                         sgen_nursery_size = val;
2893                                         sgen_nursery_bits = 0;
2894                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2895                                                 ;
2896                                 } else {
2897                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2898                                         continue;
2899                                 }
2900                                 continue;
2901                         }
2902 #endif
2903                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2904                                 double val;
2905                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2906                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2907                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2908                                         save_target = val;
2909                                 }
2910                                 continue;
2911                         }
2912                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2913                                 double val;
2914                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2915                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2916                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
2917                                         allowance_ratio = val;
2918                                 }
2919                                 continue;
2920                         }
2921
2922                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
2923                                 cement_enabled = TRUE;
2924                                 continue;
2925                         }
2926                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
2927                                 cement_enabled = FALSE;
2928                                 continue;
2929                         }
2930
2931                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
2932                                 precleaning_enabled = TRUE;
2933                                 continue;
2934                         }
2935                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
2936                                 precleaning_enabled = FALSE;
2937                                 continue;
2938                         }
2939
2940                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
2941                                 continue;
2942
2943                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
2944                                 continue;
2945
2946                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
2947                                 continue;
2948
2949                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
2950
2951                         if (usage_printed)
2952                                 continue;
2953
2954                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
2955                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2956                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2957                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2958                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
2959                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
2960                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
2961                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
2962                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
2963                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
2964                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
2965                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
2966                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
2967                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
2968                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
2969                         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);
2970                         fprintf (stderr, "\n");
2971
2972                         usage_printed = TRUE;
2973                 }
2974                 g_strfreev (opts);
2975         }
2976
2977         if (major_collector_opt)
2978                 g_free (major_collector_opt);
2979
2980         if (minor_collector_opt)
2981                 g_free (minor_collector_opt);
2982
2983         alloc_nursery ();
2984
2985         sgen_pinning_init ();
2986         sgen_cement_init (cement_enabled);
2987
2988         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME))) {
2989                 gboolean usage_printed = FALSE;
2990
2991                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2992                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
2993                         char *opt = *ptr;
2994                         if (!strcmp (opt, ""))
2995                                 continue;
2996                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
2997                                 gc_debug_level = atoi (opt);
2998                                 opt++;
2999                                 if (opt [0] == ':')
3000                                         opt++;
3001                                 if (opt [0]) {
3002                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3003                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3004                                         if (!gc_debug_file)
3005                                                 gc_debug_file = stderr;
3006                                         g_free (rf);
3007                                 }
3008                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3009                                 debug_print_allowance = TRUE;
3010                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3011                                 sgen_pin_stats_enable ();
3012                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3013                                 verify_before_allocs = 1;
3014                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3015                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3016                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3017                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3018                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3019                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3020                                 collect_before_allocs = 1;
3021                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3022                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3023                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3024                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3025                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3026                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3027                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3028                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3029                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3030                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3031                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3032                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3033                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3034                                         continue;
3035                                 }
3036                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3037                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3038                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3039                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3040                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3041                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3042                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3043                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3044                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3045                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3046                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3047                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3048                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3049                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3050                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3051                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3052                                 do_verify_nursery = TRUE;
3053                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3054                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3055                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3056                                         continue;
3057                                 }
3058                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3059                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3060                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3061                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3062                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3063                                 disable_minor_collections = TRUE;
3064                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3065                                 disable_major_collections = TRUE;
3066                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3067                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3068                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3069                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3070                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3071                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3072                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3073                                 size_t limit = 0;
3074                                 if (colon) {
3075                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3076                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3077                                                 limit = -1;
3078                                         }
3079                                         *colon = '\0';
3080                                 }
3081                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3082                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3083                                 do_verify_nursery = TRUE;
3084                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3085                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3086                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3087
3088                                 if (usage_printed)
3089                                         continue;
3090
3091                                 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);
3092                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3093                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3094                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3095                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3096                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3097                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3098                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3099                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3100                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3101                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3102                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3103                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3104                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3105                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3106                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3107                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3108                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3109                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3110                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3111                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3112                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3113                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3114                                 fprintf (stderr, "\n");
3115
3116                                 usage_printed = TRUE;
3117                         }
3118                 }
3119                 g_strfreev (opts);
3120         }
3121
3122         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3123                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3124
3125         if (major_collector.post_param_init)
3126                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3127
3128         if (major_collector.needs_thread_pool)
3129                 sgen_workers_init (1);
3130
3131         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3132
3133         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3134
3135         sgen_card_table_init (&remset);
3136
3137         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");
3138
3139         gc_initialized = 1;
3140
3141         sgen_init_bridge ();
3142 }
3143
3144 gboolean
3145 sgen_gc_initialized ()
3146 {
3147         return gc_initialized > 0;
3148 }
3149
3150 NurseryClearPolicy
3151 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3152 {
3153         return nursery_clear_policy;
3154 }
3155
3156 void
3157 sgen_gc_lock (void)
3158 {
3159         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3160 }
3161
3162 void
3163 sgen_gc_unlock (void)
3164 {
3165         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3166 }
3167
3168 void
3169 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3170 {
3171         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3172 }
3173
3174 void
3175 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3176 {
3177         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3178 }
3179
3180 SgenMajorCollector*
3181 sgen_get_major_collector (void)
3182 {
3183         return &major_collector;
3184 }
3185
3186 SgenRememberedSet*
3187 sgen_get_remset (void)
3188 {
3189         return &remset;
3190 }
3191
3192 static void
3193 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3194 {
3195         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3196         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3197 }
3198
3199 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3200
3201 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3202 void
3203 sgen_stop_world (int generation)
3204 {
3205         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3206
3207         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3208
3209         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3210
3211         sgen_client_stop_world (generation);
3212
3213         world_is_stopped = TRUE;
3214
3215         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3216                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3217         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3218 }
3219
3220 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3221 void
3222 sgen_restart_world (int generation)
3223 {
3224         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3225         gint64 stw_time;
3226
3227         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3228
3229         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3230                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3231         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3232
3233         world_is_stopped = FALSE;
3234
3235         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3236
3237         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3238
3239         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3240                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3241
3242         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3243 }
3244
3245 gboolean
3246 sgen_is_world_stopped (void)
3247 {
3248         return world_is_stopped;
3249 }
3250
3251 void
3252 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3253 {
3254         sgen_stop_world (0);
3255         sgen_clear_nursery_fragments ();
3256         sgen_check_whole_heap (FALSE);
3257         sgen_restart_world (0);
3258 }
3259
3260 gint64
3261 sgen_timestamp (void)
3262 {
3263         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3264         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3265         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3266 }
3267
3268 #endif /* HAVE_SGEN_GC */