Merge pull request #3082 from alexanderkyte/no_alloc_klass_error
[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 heap consistency check before each minor collection */
218 static gboolean consistency_check_at_minor_collection = 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(PLATFORM_MACOSX) || defined(HOST_WIN32) || (defined(__linux__) && !defined(PLATFORM_ANDROID))
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 typedef SgenGrayQueue GrayQueue;
403
404 /* forward declarations */
405 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
406
407 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
408 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
409
410
411 SgenMajorCollector major_collector;
412 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
413 /* FIXME: get rid of this */
414 static GrayQueue gray_queue;
415
416 static SgenRememberedSet remset;
417
418 /* The gray queue to use from the main collection thread. */
419 #define WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE   (&gray_queue)
420
421 /*
422  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
423  * concurrent, we use the main gray queue.
424  */
425 static SgenGrayQueue*
426 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data)
427 {
428         return worker_data ? &worker_data->private_gray_queue : WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE;
429 }
430
431 static void
432 gray_queue_redirect (SgenGrayQueue *queue)
433 {
434         gboolean wake = FALSE;
435
436         for (;;) {
437                 GrayQueueSection *section = sgen_gray_object_dequeue_section (queue);
438                 if (!section)
439                         break;
440                 sgen_section_gray_queue_enqueue ((SgenSectionGrayQueue *)queue->alloc_prepare_data, section);
441                 wake = TRUE;
442         }
443
444         if (wake) {
445                 g_assert (concurrent_collection_in_progress);
446                 sgen_workers_ensure_awake ();
447         }
448 }
449
450 static void
451 gray_queue_enable_redirect (SgenGrayQueue *queue)
452 {
453         if (!concurrent_collection_in_progress)
454                 return;
455
456         sgen_gray_queue_set_alloc_prepare (queue, gray_queue_redirect, sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ());
457         gray_queue_redirect (queue);
458 }
459
460 void
461 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
462 {
463         while (start < end) {
464                 size_t size;
465                 char *obj;
466
467                 if (!*(void**)start) {
468                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
469                         continue;
470                 }
471
472                 if (allow_flags) {
473                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
474                                 obj = start;
475                 } else {
476                         obj = start;
477                 }
478
479                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
480                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
481                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
482                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
483                         CANARIFY_SIZE (size);
484                 } else {
485                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
486                 }
487
488                 start += size;
489         }
490 }
491
492 /*
493  * sgen_add_to_global_remset:
494  *
495  *   The global remset contains locations which point into newspace after
496  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
497  *
498  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
499  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
500  */
501 void
502 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
503 {
504         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
505
506         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
507
508         if (!major_collector.is_concurrent) {
509                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
510         } else {
511                 if (current_collection_generation == -1)
512                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
513         }
514
515         if (!object_is_pinned (obj))
516                 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");
517         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
518                 return;
519
520         remset.record_pointer (ptr);
521
522         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
523
524         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
525         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
526 }
527
528 /*
529  * sgen_drain_gray_stack:
530  *
531  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
532  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
533  * usage.
534  *
535  */
536 gboolean
537 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
538 {
539         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
540         GrayQueue *queue = ctx.queue;
541
542         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
543                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
544
545         for (;;) {
546                 GCObject *obj;
547                 SgenDescriptor desc;
548                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
549                 if (!obj)
550                         return TRUE;
551                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
552                 scan_func (obj, desc, queue);
553         }
554         return FALSE;
555 }
556
557 /*
558  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
559  * the object header for each address and pins the object. The
560  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
561  * address array is overwritten with the addresses of the actually
562  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
563  */
564 static int
565 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
566 {
567         GCMemSection *section = nursery_section;
568         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
569         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
570         void *start_nursery = section->data;
571         void *end_nursery = section->next_data;
572         void *last = NULL;
573         int count = 0;
574         void *search_start;
575         void *addr;
576         void *pinning_front = start_nursery;
577         size_t idx;
578         void **definitely_pinned = start;
579         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
580         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
581
582         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
583
584         while (start < end) {
585                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
586                 size_t obj_to_pin_size = 0;
587                 SgenDescriptor desc;
588
589                 addr = *start;
590
591                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
592                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
593
594                 if (addr == last) {
595                         ++start;
596                         continue;
597                 }
598
599                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
600                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
601                 if (addr < pinning_front) {
602                         start++;
603                         continue;
604                 }
605
606                 /*
607                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
608                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
609                  * start at start_nursery.
610                  */
611                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
612                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
613                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
614                 if (!search_start || search_start > addr) {
615                         while (idx) {
616                                 --idx;
617                                 search_start = section->scan_starts [idx];
618                                 if (search_start && search_start <= addr)
619                                         break;
620                         }
621                         if (!search_start || search_start > addr)
622                                 search_start = start_nursery;
623                 }
624
625                 /*
626                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
627                  * searching at the front.
628                  */
629                 if (search_start < pinning_front)
630                         search_start = pinning_front;
631
632                 /*
633                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
634                  *
635                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
636                  */
637                 do {
638                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
639
640                         /* Skip zeros. */
641                         if (!*(void**)search_start) {
642                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
643                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
644                                 continue;
645                         }
646
647                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
648
649                         /*
650                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
651                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
652                          * either.
653                          */
654                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
655                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
656                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
657
658                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
659                                         /* This is the object we're looking for. */
660                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
661                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
662                                         break;
663                                 }
664                         }
665
666                         /* Skip to the next object */
667                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
668                 } while (search_start <= addr);
669
670                 /* We've searched past the address we were looking for. */
671                 if (!obj_to_pin) {
672                         pinning_front = search_start;
673                         goto next_pin_queue_entry;
674                 }
675
676                 /*
677                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
678                  * can advance the pinning front in any case.
679                  */
680                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
681
682                 /*
683                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
684                  * fragment, we don't pin it.
685                  */
686                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
687                         goto next_pin_queue_entry;
688
689                 /*
690                  * Finally - pin the object!
691                  */
692                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
693                 if (do_scan_objects) {
694                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
695                 } else {
696                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
697                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
698                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
699                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
700                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
701
702                         pin_object (obj_to_pin);
703                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
704                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
705                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
706                         count++;
707                 }
708                 if (concurrent_collection_in_progress)
709                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
710
711         next_pin_queue_entry:
712                 last = addr;
713                 ++start;
714         }
715         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
716         stat_pinned_objects += count;
717         return count;
718 }
719
720 static void
721 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
722 {
723         size_t reduced_to;
724
725         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
726                 return;
727
728         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
729         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
730 }
731
732 /*
733  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
734  * when we can't promote an object because we're out of memory.
735  */
736 void
737 sgen_pin_object (GCObject *object, GrayQueue *queue)
738 {
739         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
740
741         /*
742          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
743          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
744          */
745         sgen_pin_stage_ptr (object);
746
747         SGEN_PIN_OBJECT (object);
748         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
749
750         ++objects_pinned;
751         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
752
753         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
754 }
755
756 /* Sort the addresses in array in increasing order.
757  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
758  */
759 void
760 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
761 {
762         size_t i;
763         void *tmp;
764
765         for (i = 1; i < size; ++i) {
766                 size_t child = i;
767                 while (child > 0) {
768                         size_t parent = (child - 1) / 2;
769
770                         if (array [parent] >= array [child])
771                                 break;
772
773                         tmp = array [parent];
774                         array [parent] = array [child];
775                         array [child] = tmp;
776
777                         child = parent;
778                 }
779         }
780
781         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
782                 size_t end, root;
783                 tmp = array [i];
784                 array [i] = array [0];
785                 array [0] = tmp;
786
787                 end = i - 1;
788                 root = 0;
789
790                 while (root * 2 + 1 <= end) {
791                         size_t child = root * 2 + 1;
792
793                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
794                                 ++child;
795                         if (array [root] >= array [child])
796                                 break;
797
798                         tmp = array [root];
799                         array [root] = array [child];
800                         array [child] = tmp;
801
802                         root = child;
803                 }
804         }
805 }
806
807 /* 
808  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
809  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
810  * Typically used for thread stacks.
811  */
812 void
813 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
814 {
815         int count = 0;
816
817         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
818
819 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
820         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
821 #endif
822
823         while (start < end) {
824                 /*
825                  * *start can point to the middle of an object
826                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
827                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
828                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
829                  * may keep the only reference to an object by pointing
830                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
831                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
832                  * from pointers to the start of the next object in memory
833                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
834                  * We queue the pointer in an array, the
835                  * array will then be sorted and uniqued. This way
836                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
837                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
838                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
839                  * alignment, so the unique process is more effective.
840                  */
841                 mword addr = (mword)*start;
842                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
843                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
844                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
845                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
846                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
847                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
848                         count++;
849                 }
850                 start++;
851         }
852         if (count)
853                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
854 }
855
856 /*
857  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
858  * This function considers all the areas of memory that need to be
859  * conservatively scanned.
860  */
861 static void
862 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
863 {
864         void **start_root;
865         RootRecord *root;
866         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);
867         /* objects pinned from the API are inside these roots */
868         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
869                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
870                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
871         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
872         /* now deal with the thread stacks
873          * in the future we should be able to conservatively scan only:
874          * *) the cpu registers
875          * *) the unmanaged stack frames
876          * *) the _last_ managed stack frame
877          * *) pointers slots in managed frames
878          */
879         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
880 }
881
882 static void
883 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
884 {
885         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
886         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
887 }
888
889 /*
890  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
891  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
892  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
893  * This functions copies them to to_space updates them.
894  *
895  * This function is not thread-safe!
896  */
897 static void
898 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
899 {
900         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
901         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
902
903         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
904         case ROOT_DESC_BITMAP:
905                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
906                 while (desc) {
907                         if ((desc & 1) && *start_root) {
908                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
909                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
910                         }
911                         desc >>= 1;
912                         start_root++;
913                 }
914                 return;
915         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
916                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
917                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
918                 void **start_run = start_root;
919                 bitmap_data++;
920                 while (bwords-- > 0) {
921                         gsize bmap = *bitmap_data++;
922                         void **objptr = start_run;
923                         while (bmap) {
924                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
925                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
926                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
927                                 }
928                                 bmap >>= 1;
929                                 ++objptr;
930                         }
931                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
932                 }
933                 break;
934         }
935         case ROOT_DESC_USER: {
936                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
937                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
938                 break;
939         }
940         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
941                 g_assert_not_reached ();
942         default:
943                 g_assert_not_reached ();
944         }
945 }
946
947 static void
948 reset_heap_boundaries (void)
949 {
950         lowest_heap_address = ~(mword)0;
951         highest_heap_address = 0;
952 }
953
954 void
955 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
956 {
957         mword old;
958
959         do {
960                 old = lowest_heap_address;
961                 if (low >= old)
962                         break;
963         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
964
965         do {
966                 old = highest_heap_address;
967                 if (high <= old)
968                         break;
969         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
970 }
971
972 /*
973  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
974  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
975  */
976 static void
977 alloc_nursery (void)
978 {
979         GCMemSection *section;
980         char *data;
981         size_t scan_starts;
982         size_t alloc_size;
983
984         if (nursery_section)
985                 return;
986         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
987         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
988          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
989          * objects in the existing nursery.
990          */
991         /* FIXME: handle OOM */
992         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
993
994         alloc_size = sgen_nursery_size;
995
996         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
997         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
998
999         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
1000         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
1001         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 ());
1002         section->data = section->next_data = data;
1003         section->size = alloc_size;
1004         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
1005         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
1006         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
1007         section->num_scan_start = scan_starts;
1008
1009         nursery_section = section;
1010
1011         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
1012 }
1013
1014 FILE *
1015 mono_gc_get_logfile (void)
1016 {
1017         return gc_debug_file;
1018 }
1019
1020 static void
1021 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1022 {
1023         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1024         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1025         size_t i;
1026
1027         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1028                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1029                 if (!obj)
1030                         continue;
1031                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1032                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1033         }
1034 }
1035
1036 static const char*
1037 generation_name (int generation)
1038 {
1039         switch (generation) {
1040         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1041         case GENERATION_OLD: return "old";
1042         default: g_assert_not_reached ();
1043         }
1044 }
1045
1046 const char*
1047 sgen_generation_name (int generation)
1048 {
1049         return generation_name (generation);
1050 }
1051
1052 static void
1053 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1054 {
1055         TV_DECLARE (atv);
1056         TV_DECLARE (btv);
1057         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1058         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1059         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1060         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1061
1062         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1063         /*
1064          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1065          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1066          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1067          * additional roots and we may add more items as we go.
1068          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1069          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1070          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1071          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1072          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1073          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1074          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1075          */
1076         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1077         TV_GETTIME (atv);
1078         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1079
1080         /*
1081         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1082         collection trigged by minor overflow.
1083
1084         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1085         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1086         */
1087         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1088                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1089
1090         /*
1091          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1092          * to ensure they see the full set of live objects.
1093          */
1094         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1095
1096         /*
1097          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1098          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1099          * objects that are in fact reachable.
1100          */
1101         done_with_ephemerons = 0;
1102         do {
1103                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1104                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1105                 ++ephemeron_rounds;
1106         } while (!done_with_ephemerons);
1107
1108         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1109                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1110                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1111                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1112                 if (generation == GENERATION_OLD)
1113                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1114
1115                 /*
1116                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1117
1118                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1119                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1120
1121                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1122
1123                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1124                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1125                 be a big deal.
1126                 */
1127                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1128         }
1129
1130         /*
1131         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1132         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1133         */
1134         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1135
1136         /*
1137         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1138         finalization so they can be cleared before that.
1139         */
1140         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1141         if (generation == GENERATION_OLD)
1142                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1143
1144
1145         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1146          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1147          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1148          * are marked/copied.
1149          */
1150         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1151         if (generation == GENERATION_OLD)
1152                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1153         /* drain the new stack that might have been created */
1154         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1155         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1156
1157         /*
1158          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1159          */
1160         done_with_ephemerons = 0;
1161         do {
1162                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1163                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1164                 ++ephemeron_rounds;
1165         } while (!done_with_ephemerons);
1166
1167         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1168
1169         /*
1170          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1171          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1172          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1173         */
1174         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1175
1176         TV_GETTIME (btv);
1177         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);
1178
1179         /*
1180          * handle disappearing links
1181          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1182          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1183          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1184          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1185          * called.
1186          */
1187         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1188         for (;;) {
1189                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1190                 if (generation == GENERATION_OLD)
1191                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1192                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1193                         break;
1194                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1195         }
1196
1197         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1198
1199         sgen_gray_object_queue_trim_free_list (queue);
1200         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1201 }
1202
1203 void
1204 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1205 {
1206         size_t i;
1207         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1208                 if (section->scan_starts [i]) {
1209                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1210                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1211                 }
1212         }
1213 }
1214
1215 static void
1216 check_scan_starts (void)
1217 {
1218         if (!do_scan_starts_check)
1219                 return;
1220         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1221         major_collector.check_scan_starts ();
1222 }
1223
1224 static void
1225 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1226 {
1227         void **start_root;
1228         RootRecord *root;
1229         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1230                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1231                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1232         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1233 }
1234
1235 static void
1236 init_stats (void)
1237 {
1238         static gboolean inited = FALSE;
1239
1240         if (inited)
1241                 return;
1242
1243         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1244
1245         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1246         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1247         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1248         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1249         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1250         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1251
1252         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1253         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1254         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1255         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1256         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1257         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1258         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1259         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1260         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1261         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1262
1263         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1264
1265 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1266         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1267         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1268         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1269         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1270         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1271
1272         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1273         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1274
1275         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1276         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1277         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1278         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1279
1280         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1281         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1282
1283         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1284
1285         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1286         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1287         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1288         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1289
1290         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1291 #endif
1292
1293         inited = TRUE;
1294 }
1295
1296
1297 static void
1298 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1299 {
1300         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1301 }
1302
1303 void
1304 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1305 {
1306         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1307 }
1308
1309 gboolean
1310 sgen_collection_is_concurrent (void)
1311 {
1312         switch (current_collection_generation) {
1313         case GENERATION_NURSERY:
1314                 return FALSE;
1315         case GENERATION_OLD:
1316                 return concurrent_collection_in_progress;
1317         default:
1318                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1319         }
1320         return FALSE;
1321 }
1322
1323 gboolean
1324 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1325 {
1326         return concurrent_collection_in_progress;
1327 }
1328
1329 typedef struct {
1330         SgenThreadPoolJob job;
1331         SgenObjectOperations *ops;
1332 } ScanJob;
1333
1334 static void
1335 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1336 {
1337         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1338         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1339         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1340         remset.scan_remsets (ctx);
1341 }
1342
1343 typedef struct {
1344         SgenThreadPoolJob job;
1345         SgenObjectOperations *ops;
1346         char *heap_start;
1347         char *heap_end;
1348         int root_type;
1349 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1350
1351 static void
1352 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1353 {
1354         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1355         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1356         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1357
1358         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1359 }
1360
1361 typedef struct {
1362         SgenThreadPoolJob job;
1363         SgenObjectOperations *ops;
1364         char *heap_start;
1365         char *heap_end;
1366 } ScanThreadDataJob;
1367
1368 static void
1369 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1370 {
1371         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1372         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1373         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1374
1375         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1376 }
1377
1378 typedef struct {
1379         SgenThreadPoolJob job;
1380         SgenObjectOperations *ops;
1381         SgenPointerQueue *queue;
1382 } ScanFinalizerEntriesJob;
1383
1384 static void
1385 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1386 {
1387         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1388         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1389         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1390
1391         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1392 }
1393
1394 static void
1395 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1396 {
1397         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1398         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1399         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1400
1401         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1402         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1403 }
1404
1405 static void
1406 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1407 {
1408         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1409         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1410         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1411
1412         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1413         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1414 }
1415
1416 static void
1417 job_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1418 {
1419         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1420         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1421         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1422
1423         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1424
1425         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1426         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1427
1428         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1429 }
1430
1431 static void
1432 init_gray_queue (gboolean use_workers)
1433 {
1434         if (use_workers)
1435                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1436         sgen_gray_object_queue_init (&gray_queue, NULL);
1437 }
1438
1439 static void
1440 enqueue_scan_from_roots_jobs (char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1441 {
1442         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1443         ScanThreadDataJob *stdj;
1444         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1445
1446         /* registered roots, this includes static fields */
1447
1448         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1449         scrrj->ops = ops;
1450         scrrj->heap_start = heap_start;
1451         scrrj->heap_end = heap_end;
1452         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1453         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->job, enqueue);
1454
1455         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1456         scrrj->ops = ops;
1457         scrrj->heap_start = heap_start;
1458         scrrj->heap_end = heap_end;
1459         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1460         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->job, enqueue);
1461
1462         /* Threads */
1463
1464         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1465         stdj->ops = ops;
1466         stdj->heap_start = heap_start;
1467         stdj->heap_end = heap_end;
1468         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->job, enqueue);
1469
1470         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1471
1472         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1473         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1474         sfej->ops = ops;
1475         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->job, enqueue);
1476
1477         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1478         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1479         sfej->ops = ops;
1480         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->job, enqueue);
1481 }
1482
1483 /*
1484  * Perform a nursery collection.
1485  *
1486  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1487  */
1488 static gboolean
1489 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue, gboolean finish_up_concurrent_mark)
1490 {
1491         gboolean needs_major;
1492         size_t max_garbage_amount;
1493         char *nursery_next;
1494         mword fragment_total;
1495         ScanJob *sj;
1496         SgenObjectOperations *object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1497         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gray_queue);
1498         TV_DECLARE (atv);
1499         TV_DECLARE (btv);
1500
1501         if (disable_minor_collections)
1502                 return TRUE;
1503
1504         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1505         atv = last_minor_collection_start_tv;
1506
1507         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1508
1509         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1510                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1511
1512         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1513
1514         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1515
1516         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1517
1518         check_scan_starts ();
1519
1520         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1521
1522         degraded_mode = 0;
1523         objects_pinned = 0;
1524         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1525         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1526         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1527
1528         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 ()));
1529         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1530         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1531
1532         /* world must be stopped already */
1533         TV_GETTIME (btv);
1534         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1535
1536         sgen_client_pre_collection_checks ();
1537
1538         nursery_section->next_data = nursery_next;
1539
1540         major_collector.start_nursery_collection ();
1541
1542         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1543
1544         init_gray_queue (FALSE);
1545
1546         gc_stats.minor_gc_count ++;
1547
1548         if (whole_heap_check_before_collection) {
1549                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1550                 sgen_check_whole_heap (finish_up_concurrent_mark);
1551         }
1552         if (consistency_check_at_minor_collection)
1553                 sgen_check_consistency ();
1554
1555         sgen_process_fin_stage_entries ();
1556
1557         /* pin from pinned handles */
1558         sgen_init_pinning ();
1559         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1560         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1561         /* pin cemented objects */
1562         sgen_pin_cemented_objects ();
1563         /* identify pinned objects */
1564         sgen_optimize_pin_queue ();
1565         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1566
1567         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1568         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1569
1570         TV_GETTIME (atv);
1571         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1572         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1573         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1574
1575         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1576         sj->ops = object_ops;
1577         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1578
1579         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1580         TV_GETTIME (btv);
1581         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1582         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1583
1584         sgen_pin_stats_report ();
1585
1586         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1587         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1588
1589         TV_GETTIME (atv);
1590         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1591
1592         enqueue_scan_from_roots_jobs (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1593
1594         TV_GETTIME (btv);
1595         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1596
1597         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1598
1599         TV_GETTIME (atv);
1600         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1601         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1602
1603         if (objects_pinned) {
1604                 sgen_optimize_pin_queue ();
1605                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1606         }
1607
1608         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1609          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1610          * next allocations.
1611          */
1612         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1613         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1614         if (!fragment_total)
1615                 degraded_mode = 1;
1616
1617         /* Clear TLABs for all threads */
1618         sgen_clear_tlabs ();
1619
1620         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1621         TV_GETTIME (btv);
1622         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1623         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1624
1625         if (consistency_check_at_minor_collection)
1626                 sgen_check_major_refs ();
1627
1628         major_collector.finish_nursery_collection ();
1629
1630         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1631         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1632
1633         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1634
1635         /* prepare the pin queue for the next collection */
1636         sgen_finish_pinning ();
1637         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1638                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1639                 sgen_client_finalize_notify ();
1640         }
1641         sgen_pin_stats_reset ();
1642         /* clear cemented hash */
1643         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1644
1645         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue));
1646
1647         remset.finish_minor_collection ();
1648
1649         check_scan_starts ();
1650
1651         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1652
1653         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1654
1655         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1656         needs_major = objects_pinned > 0;
1657         current_collection_generation = -1;
1658         objects_pinned = 0;
1659
1660         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1661
1662         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1663                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1664
1665         return needs_major;
1666 }
1667
1668 typedef enum {
1669         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1670         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1671         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1672 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1673
1674 static void
1675 major_copy_or_mark_from_roots (size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1676 {
1677         LOSObject *bigobj;
1678         TV_DECLARE (atv);
1679         TV_DECLARE (btv);
1680         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1681          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1682          */
1683         char *heap_start = NULL;
1684         char *heap_end = (char*)-1;
1685         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE);
1686         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1687
1688         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1689
1690         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1691                 /*This cleans up unused fragments */
1692                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1693
1694                 if (do_concurrent_checks)
1695                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1696         } else {
1697                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1698                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1699         }
1700
1701         init_gray_queue (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1702
1703         TV_GETTIME (atv);
1704
1705         /* Pinning depends on this */
1706         sgen_clear_nursery_fragments ();
1707
1708         if (whole_heap_check_before_collection)
1709                 sgen_check_whole_heap (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT);
1710
1711         TV_GETTIME (btv);
1712         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1713
1714         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1715                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1716         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1717          * and deal with pointers outside of the sections later.
1718          */
1719
1720         objects_pinned = 0;
1721
1722         sgen_client_pre_collection_checks ();
1723
1724         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1725                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1726                 remset.clear_cards ();
1727         }
1728
1729         sgen_process_fin_stage_entries ();
1730
1731         TV_GETTIME (atv);
1732         sgen_init_pinning ();
1733         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1734         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1735         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1736                 /* Pin cemented objects that were forced */
1737                 sgen_pin_cemented_objects ();
1738         }
1739         sgen_optimize_pin_queue ();
1740         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1741                 /*
1742                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1743                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1744                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1745                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1746                  */
1747                 sgen_cement_force_pinned ();
1748         }
1749
1750         sgen_client_collecting_major_1 ();
1751
1752         /*
1753          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1754          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1755          * objects are pinned.
1756          *
1757          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1758          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1759          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1760          *
1761          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1762          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1763          */
1764         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1765         /* first pass for the sections */
1766         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1767         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1768         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1769         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1770                 size_t dummy;
1771                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1772                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1773
1774                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1775                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1776                                 continue;
1777                         }
1778                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1779                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1780                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1781                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1782                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1783                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1784                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1785
1786                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1787                 }
1788         }
1789
1790         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1791         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1792                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1793
1794         major_collector.pin_objects (WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE);
1795         if (old_next_pin_slot)
1796                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1797
1798         TV_GETTIME (btv);
1799         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1800         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1801         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1802
1803         major_collector.init_to_space ();
1804
1805         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1806         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1807                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1808                         /*
1809                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1810                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1811                          */
1812                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1813                         sgen_workers_join ();
1814                 }
1815         }
1816
1817 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1818         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1819 #endif
1820
1821         sgen_client_collecting_major_2 ();
1822
1823         TV_GETTIME (atv);
1824         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1825
1826         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1827
1828         enqueue_scan_from_roots_jobs (heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1829
1830         TV_GETTIME (btv);
1831         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1832
1833         /*
1834          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1835          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1836          * the roots.
1837          */
1838         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1839                 if (precleaning_enabled) {
1840                         ScanJob *sj;
1841                         /* Mod union preclean job */
1842                         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean mod union cardtable", job_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1843                         sj->ops = object_ops;
1844                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, &sj->job);
1845                 } else {
1846                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1847                 }
1848                 gray_queue_enable_redirect (WORKERS_DISTRIBUTE_GRAY_QUEUE);
1849         }
1850
1851         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1852                 ScanJob *sj;
1853
1854                 /* Mod union card table */
1855                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1856                 sj->ops = object_ops;
1857                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1858
1859                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1860                 sj->ops = object_ops;
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
1870 static void
1871 major_finish_copy_or_mark (CopyOrMarkFromRootsMode mode)
1872 {
1873         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1874                 sgen_finish_pinning ();
1875
1876                 sgen_pin_stats_reset ();
1877
1878                 if (do_concurrent_checks)
1879                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1880         }
1881 }
1882
1883 static void
1884 major_start_collection (const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1885 {
1886         SgenObjectOperations *object_ops;
1887
1888         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1889
1890         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1891
1892         g_assert (sgen_section_gray_queue_is_empty (sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ()));
1893
1894         if (!concurrent)
1895                 sgen_cement_reset ();
1896
1897         if (concurrent) {
1898                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1899                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1900
1901                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1902         } else {
1903                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1904         }
1905
1906         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1907
1908         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1909
1910         //count_ref_nonref_objs ();
1911         //consistency_check ();
1912
1913         check_scan_starts ();
1914
1915         degraded_mode = 0;
1916         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1917         gc_stats.major_gc_count ++;
1918
1919         if (major_collector.start_major_collection)
1920                 major_collector.start_major_collection ();
1921
1922         major_copy_or_mark_from_roots (old_next_pin_slot, concurrent ? COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT : COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL, object_ops);
1923         major_finish_copy_or_mark (concurrent ? COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT : COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL);
1924 }
1925
1926 static void
1927 major_finish_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1928 {
1929         ScannedObjectCounts counts;
1930         SgenObjectOperations *object_ops;
1931         mword fragment_total;
1932         TV_DECLARE (atv);
1933         TV_DECLARE (btv);
1934
1935         TV_GETTIME (btv);
1936
1937         if (concurrent_collection_in_progress) {
1938                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
1939
1940                 major_copy_or_mark_from_roots (NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
1941
1942                 major_finish_copy_or_mark (COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT);
1943
1944 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1945                 main_gc_thread = NULL;
1946 #endif
1947         } else {
1948                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1949         }
1950
1951         g_assert (sgen_section_gray_queue_is_empty (sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ()));
1952
1953         /* all the objects in the heap */
1954         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gray_queue));
1955         TV_GETTIME (atv);
1956         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1957
1958         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
1959
1960         if (objects_pinned) {
1961                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
1962
1963                 /*
1964                  * This is slow, but we just OOM'd.
1965                  *
1966                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
1967                  * queue is laid out at this point.
1968                  */
1969                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
1970                 /*
1971                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
1972                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
1973                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
1974                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
1975                  * somewhere.
1976                  */
1977                 sgen_optimize_pin_queue ();
1978                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1979                 objects_pinned = 0;
1980         }
1981
1982         reset_heap_boundaries ();
1983         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
1984
1985         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1986          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1987          * next allocations.
1988          */
1989         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
1990         if (!fragment_total)
1991                 degraded_mode = 1;
1992         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
1993
1994         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
1995                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1996
1997         /* prepare the pin queue for the next collection */
1998         sgen_finish_pinning ();
1999
2000         /* Clear TLABs for all threads */
2001         sgen_clear_tlabs ();
2002
2003         sgen_pin_stats_reset ();
2004
2005         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2006
2007         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2008                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2009
2010         TV_GETTIME (btv);
2011         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2012
2013         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2014         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2015
2016         TV_GETTIME (atv);
2017         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2018
2019         sgen_los_sweep ();
2020
2021         TV_GETTIME (btv);
2022         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2023
2024         major_collector.sweep ();
2025
2026         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2027
2028         TV_GETTIME (atv);
2029         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2030
2031         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2032
2033         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2034                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2035                 sgen_client_finalize_notify ();
2036         }
2037
2038         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue));
2039
2040         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2041         current_collection_generation = -1;
2042
2043         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2044         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2045
2046         g_assert (sgen_section_gray_queue_is_empty (sgen_workers_get_distribute_section_gray_queue ()));
2047
2048         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2049         if (concurrent_collection_in_progress)
2050                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2051
2052         check_scan_starts ();
2053
2054         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2055
2056         //consistency_check ();
2057
2058         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2059 }
2060
2061 static gboolean
2062 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2063 {
2064         TV_DECLARE (time_start);
2065         TV_DECLARE (time_end);
2066         size_t old_next_pin_slot;
2067
2068         if (disable_major_collections)
2069                 return FALSE;
2070
2071         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2072                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2073                 g_assert (!num_marked);
2074         }
2075
2076         /* world must be stopped already */
2077         TV_GETTIME (time_start);
2078
2079         major_start_collection (reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2080         major_finish_collection (reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2081
2082         TV_GETTIME (time_end);
2083         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2084
2085         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2086         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2087                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2088
2089         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2090 }
2091
2092 static void
2093 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2094 {
2095         TV_DECLARE (time_start);
2096         TV_DECLARE (time_end);
2097         long long num_objects_marked;
2098
2099         if (disable_major_collections)
2100                 return;
2101
2102         TV_GETTIME (time_start);
2103         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2104
2105         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2106         g_assert (num_objects_marked == 0);
2107
2108         binary_protocol_concurrent_start ();
2109
2110         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2111         major_start_collection (reason, TRUE, NULL);
2112
2113         gray_queue_redirect (&gray_queue);
2114
2115         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2116
2117         TV_GETTIME (time_end);
2118         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2119
2120         current_collection_generation = -1;
2121 }
2122
2123 /*
2124  * Returns whether the major collection has finished.
2125  */
2126 static gboolean
2127 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2128 {
2129         SGEN_ASSERT (0, sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue), "Why is the gray queue not empty before we have started doing anything?");
2130         return sgen_workers_all_done ();
2131 }
2132
2133 static void
2134 major_update_concurrent_collection (void)
2135 {
2136         TV_DECLARE (total_start);
2137         TV_DECLARE (total_end);
2138
2139         TV_GETTIME (total_start);
2140
2141         binary_protocol_concurrent_update ();
2142
2143         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2144         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2145
2146         TV_GETTIME (total_end);
2147         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2148 }
2149
2150 static void
2151 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2152 {
2153         TV_DECLARE (total_start);
2154         TV_DECLARE (total_end);
2155
2156         TV_GETTIME (total_start);
2157
2158         binary_protocol_concurrent_finish ();
2159
2160         /*
2161          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2162          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2163          * additional cardtable and object scanning.
2164          */
2165         sgen_workers_stop_all_workers ();
2166
2167         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2168         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2169
2170         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2171         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2172
2173         if (mod_union_consistency_check)
2174                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2175
2176         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2177         sgen_cement_reset ();
2178         major_finish_collection ("finishing", FALSE, -1, forced);
2179
2180         if (whole_heap_check_before_collection)
2181                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
2182
2183         TV_GETTIME (total_end);
2184         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end) - TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
2185
2186         current_collection_generation = -1;
2187 }
2188
2189 /*
2190  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2191  *
2192  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2193  */
2194 void
2195 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2196 {
2197         int generation_to_collect = -1;
2198         const char *reason = NULL;
2199
2200         if (generation == GENERATION_OLD) {
2201                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2202                         reason = "LOS overflow";
2203                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2204                 }
2205         } else {
2206                 if (degraded_mode) {
2207                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2208                                 reason = "Degraded mode overflow";
2209                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2210                         }
2211                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2212                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2213                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2214                 } else {
2215                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2216                         reason = "Nursery full";                        
2217                 }
2218         }
2219
2220         if (generation_to_collect == -1) {
2221                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2222                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2223                         reason = "Finish concurrent collection";
2224                 }
2225         }
2226
2227         if (generation_to_collect == -1)
2228                 return;
2229         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE);
2230 }
2231
2232 /*
2233  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2234  */
2235 void
2236 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish)
2237 {
2238         TV_DECLARE (gc_total_start);
2239         TV_DECLARE (gc_total_end);
2240         int overflow_generation_to_collect = -1;
2241         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2242         const char *overflow_reason = NULL;
2243         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2244
2245         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2246
2247         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2248
2249         sgen_stop_world (generation_to_collect);
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         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (&gray_queue));
2305
2306         TV_GETTIME (gc_total_end);
2307         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2308
2309         sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2310 }
2311
2312 /*
2313  * ######################################################################
2314  * ########  Memory allocation from the OS
2315  * ######################################################################
2316  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2317  * allocating memory for GC-internal data structures.
2318  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2319  */
2320
2321 /*
2322  * Debug reporting.
2323  */
2324 G_GNUC_UNUSED static void
2325 report_internal_mem_usage (void)
2326 {
2327         printf ("Internal memory usage:\n");
2328         sgen_report_internal_mem_usage ();
2329         printf ("Pinned memory usage:\n");
2330         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2331 }
2332
2333 /*
2334  * ######################################################################
2335  * ########  Finalization support
2336  * ######################################################################
2337  */
2338
2339 /*
2340  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2341  * If it is pinned it's still alive as well.
2342  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2343  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2344  */
2345 static inline gboolean
2346 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2347 {
2348         if (ptr_in_nursery (object))
2349                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2350
2351         return sgen_major_is_object_alive (object);
2352 }
2353
2354 /*
2355  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2356  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2357  * are never alive during a minor collection.
2358  */
2359 static inline int
2360 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2361 {
2362         if (ptr_in_nursery (object))
2363                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2364
2365         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2366                 return FALSE;
2367
2368         return sgen_major_is_object_alive (object);
2369 }
2370
2371
2372 gboolean
2373 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2374 {
2375         return !sgen_is_object_alive (object);
2376 }
2377
2378 void
2379 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2380 {
2381         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2382
2383         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2384
2385         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2386 }
2387
2388 gboolean
2389 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2390 {
2391         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2392 }
2393
2394 /*
2395  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2396  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2397  * all finalizers have really finished running.
2398  *
2399  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2400  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2401  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2402  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2403  */
2404
2405 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2406
2407 int
2408 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2409 {
2410         int count = 0;
2411
2412         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2413
2414         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2415         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2416                 GCObject *obj;
2417
2418                 LOCK_GC;
2419
2420                 /*
2421                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2422                  * finalizable object.
2423                  */
2424                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2425                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2426                         mono_memory_write_barrier ();
2427                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2428                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2429                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2430                         mono_memory_write_barrier ();
2431                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2432                 } else {
2433                         obj = NULL;
2434                 }
2435
2436                 if (obj)
2437                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2438
2439                 UNLOCK_GC;
2440
2441                 if (!obj)
2442                         break;
2443
2444                 count++;
2445                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2446                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2447                 sgen_client_run_finalize (obj);
2448         }
2449
2450         if (pending_unqueued_finalizer) {
2451                 mono_memory_write_barrier ();
2452                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2453         }
2454
2455         return count;
2456 }
2457
2458 gboolean
2459 sgen_have_pending_finalizers (void)
2460 {
2461         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2462 }
2463
2464 /*
2465  * ######################################################################
2466  * ########  registered roots support
2467  * ######################################################################
2468  */
2469
2470 /*
2471  * We do not coalesce roots.
2472  */
2473 int
2474 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2475 {
2476         RootRecord new_root;
2477         int i;
2478         LOCK_GC;
2479         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2480                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2481                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2482                 if (root) {
2483                         size_t old_size = root->end_root - start;
2484                         root->end_root = start + size;
2485                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2486                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2487                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2488                         root->root_desc = descr;
2489                         roots_size += size;
2490                         roots_size -= old_size;
2491                         UNLOCK_GC;
2492                         return TRUE;
2493                 }
2494         }
2495
2496         new_root.end_root = start + size;
2497         new_root.root_desc = descr;
2498         new_root.source = source;
2499         new_root.msg = msg;
2500
2501         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2502         roots_size += size;
2503
2504         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);
2505
2506         UNLOCK_GC;
2507         return TRUE;
2508 }
2509
2510 void
2511 sgen_deregister_root (char* addr)
2512 {
2513         int root_type;
2514         RootRecord root;
2515
2516         LOCK_GC;
2517         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2518                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2519                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2520         }
2521         UNLOCK_GC;
2522 }
2523
2524 /*
2525  * ######################################################################
2526  * ########  Thread handling (stop/start code)
2527  * ######################################################################
2528  */
2529
2530 int
2531 sgen_get_current_collection_generation (void)
2532 {
2533         return current_collection_generation;
2534 }
2535
2536 void*
2537 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2538 {
2539 #ifndef HAVE_KW_THREAD
2540         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2541 #endif
2542
2543         sgen_init_tlab_info (info);
2544
2545         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2546
2547         return info;
2548 }
2549
2550 void
2551 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2552 {
2553         sgen_client_thread_unregister (p);
2554 }
2555
2556 /*
2557  * ######################################################################
2558  * ########  Write barriers
2559  * ######################################################################
2560  */
2561
2562 /*
2563  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2564  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2565  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2566  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2567  */
2568
2569 void
2570 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2571 {
2572         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2573         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2574         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2575                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2576                 return;
2577         }
2578
2579 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2580         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2581                 int i;
2582                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2583                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2584                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2585                         if (obj)
2586                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2587                 }
2588         }
2589 #endif
2590
2591         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2592 }
2593
2594 void
2595 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2596 {
2597         gpointer obj;
2598
2599         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2600
2601         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2602
2603         obj = *(gpointer*)ptr;
2604         if (obj)
2605                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2606
2607         /*
2608          * We need to record old->old pointer locations for the
2609          * concurrent collector.
2610          */
2611         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2612                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2613                 return;
2614         }
2615
2616         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2617
2618         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2619 }
2620
2621 void
2622 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2623 {
2624         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2625         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2626         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2627                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2628         sgen_dummy_use (value);
2629 }
2630
2631 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2632  * as an atomic operation with release semantics.
2633  */
2634 void
2635 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2636 {
2637         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2638
2639         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2640
2641         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2642
2643         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2644                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2645
2646         sgen_dummy_use (value);
2647 }
2648
2649 void
2650 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2651 {
2652         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2653         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2654
2655         while (size) {
2656                 if (bitmap & 0x1)
2657                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2658                 else
2659                         *dest = *src;
2660                 ++src;
2661                 ++dest;
2662                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2663                 bitmap >>= 1;
2664         }
2665 }
2666
2667 /*
2668  * ######################################################################
2669  * ########  Other mono public interface functions.
2670  * ######################################################################
2671  */
2672
2673 void
2674 sgen_gc_collect (int generation)
2675 {
2676         LOCK_GC;
2677         if (generation > 1)
2678                 generation = 1;
2679         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE);
2680         UNLOCK_GC;
2681 }
2682
2683 int
2684 sgen_gc_collection_count (int generation)
2685 {
2686         if (generation == 0)
2687                 return gc_stats.minor_gc_count;
2688         return gc_stats.major_gc_count;
2689 }
2690
2691 size_t
2692 sgen_gc_get_used_size (void)
2693 {
2694         gint64 tot = 0;
2695         LOCK_GC;
2696         tot = los_memory_usage;
2697         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2698         tot += major_collector.get_used_size ();
2699         /* FIXME: account for pinned objects */
2700         UNLOCK_GC;
2701         return tot;
2702 }
2703
2704 void
2705 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2706 {
2707         va_list ap;
2708
2709         va_start (ap, description_format);
2710
2711         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2712         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2713         if (fallback)
2714                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2715         fprintf (stderr, "\n");
2716
2717         va_end (ap);
2718 }
2719
2720 static gboolean
2721 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2722 {
2723         char *endptr;
2724         double val = strtod (opt, &endptr);
2725         if (endptr == opt) {
2726                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2727                 return FALSE;
2728         }
2729         else if (val < min || val > max) {
2730                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2731                 return FALSE;
2732         }
2733         *result = val;
2734         return TRUE;
2735 }
2736
2737 void
2738 sgen_gc_init (void)
2739 {
2740         const char *env;
2741         char **opts, **ptr;
2742         char *major_collector_opt = NULL;
2743         char *minor_collector_opt = NULL;
2744         size_t max_heap = 0;
2745         size_t soft_limit = 0;
2746         int result;
2747         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2748         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2749         gboolean cement_enabled = TRUE;
2750
2751         do {
2752                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2753                 switch (result) {
2754                 case 1:
2755                         /* already inited */
2756                         return;
2757                 case -1:
2758                         /* being inited by another thread */
2759                         mono_thread_info_usleep (1000);
2760                         break;
2761                 case 0:
2762                         /* we will init it */
2763                         break;
2764                 default:
2765                         g_assert_not_reached ();
2766                 }
2767         } while (result != 0);
2768
2769         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2770
2771 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2772         mono_thread_smr_init ();
2773 #endif
2774
2775         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2776
2777         gc_debug_file = stderr;
2778
2779         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2780
2781         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME))) {
2782                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2783                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2784                         char *opt = *ptr;
2785                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2786                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2787                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2788                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2789                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2790                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2791                         }
2792                 }
2793         } else {
2794                 opts = NULL;
2795         }
2796
2797         init_stats ();
2798         sgen_init_internal_allocator ();
2799         sgen_init_nursery_allocator ();
2800         sgen_init_fin_weak_hash ();
2801         sgen_init_hash_table ();
2802         sgen_init_descriptors ();
2803         sgen_init_gray_queues ();
2804         sgen_init_allocator ();
2805         sgen_init_gchandles ();
2806
2807         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2808         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2809
2810         sgen_client_init ();
2811
2812         if (!minor_collector_opt) {
2813                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2814         } else {
2815                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2816                 use_simple_nursery:
2817                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2818                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2819                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2820                 } else {
2821                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2822                         goto use_simple_nursery;
2823                 }
2824         }
2825
2826         if (!major_collector_opt) {
2827         use_default_major:
2828                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2829         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2830                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2831         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2832                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2833         } else {
2834                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2835                 goto use_default_major;
2836         }
2837
2838         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2839
2840         if (opts) {
2841                 gboolean usage_printed = FALSE;
2842
2843                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2844                         char *opt = *ptr;
2845                         if (!strcmp (opt, ""))
2846                                 continue;
2847                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2848                                 continue;
2849                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2850                                 continue;
2851                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2852                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2853                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2854                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2855                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2856                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2857                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2858                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2859                                 } else {
2860                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2861                                 }
2862                                 continue;
2863                         }
2864                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2865                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2866                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2867                                         if (soft_limit <= 0) {
2868                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2869                                                 soft_limit = 0;
2870                                         }
2871                                 } else {
2872                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2873                                 }
2874                                 continue;
2875                         }
2876
2877 #ifdef USER_CONFIG
2878                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2879                                 size_t val;
2880                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2881                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2882                                         if ((val & (val - 1))) {
2883                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2884                                                 continue;
2885                                         }
2886
2887                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2888                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2889                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2890                                                 continue;
2891                                         }
2892
2893                                         sgen_nursery_size = val;
2894                                         sgen_nursery_bits = 0;
2895                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2896                                                 ;
2897                                 } else {
2898                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2899                                         continue;
2900                                 }
2901                                 continue;
2902                         }
2903 #endif
2904                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2905                                 double val;
2906                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2907                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2908                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2909                                         save_target = val;
2910                                 }
2911                                 continue;
2912                         }
2913                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2914                                 double val;
2915                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2916                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2917                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
2918                                         allowance_ratio = val;
2919                                 }
2920                                 continue;
2921                         }
2922
2923                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
2924                                 cement_enabled = TRUE;
2925                                 continue;
2926                         }
2927                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
2928                                 cement_enabled = FALSE;
2929                                 continue;
2930                         }
2931
2932                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
2933                                 precleaning_enabled = TRUE;
2934                                 continue;
2935                         }
2936                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
2937                                 precleaning_enabled = FALSE;
2938                                 continue;
2939                         }
2940
2941                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
2942                                 continue;
2943
2944                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
2945                                 continue;
2946
2947                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
2948                                 continue;
2949
2950                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
2951
2952                         if (usage_printed)
2953                                 continue;
2954
2955                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
2956                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2957                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2958                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2959                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
2960                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
2961                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
2962                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
2963                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
2964                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
2965                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
2966                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
2967                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
2968                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
2969                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
2970                         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);
2971                         fprintf (stderr, "\n");
2972
2973                         usage_printed = TRUE;
2974                 }
2975                 g_strfreev (opts);
2976         }
2977
2978         if (major_collector_opt)
2979                 g_free (major_collector_opt);
2980
2981         if (minor_collector_opt)
2982                 g_free (minor_collector_opt);
2983
2984         alloc_nursery ();
2985
2986         sgen_pinning_init ();
2987         sgen_cement_init (cement_enabled);
2988
2989         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME))) {
2990                 gboolean usage_printed = FALSE;
2991
2992                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2993                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
2994                         char *opt = *ptr;
2995                         if (!strcmp (opt, ""))
2996                                 continue;
2997                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
2998                                 gc_debug_level = atoi (opt);
2999                                 opt++;
3000                                 if (opt [0] == ':')
3001                                         opt++;
3002                                 if (opt [0]) {
3003                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3004                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3005                                         if (!gc_debug_file)
3006                                                 gc_debug_file = stderr;
3007                                         g_free (rf);
3008                                 }
3009                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3010                                 debug_print_allowance = TRUE;
3011                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3012                                 sgen_pin_stats_enable ();
3013                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3014                                 verify_before_allocs = 1;
3015                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3016                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3017                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3018                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3019                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3020                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3021                                 collect_before_allocs = 1;
3022                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3023                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3024                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3025                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3026                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3027                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3028                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3029                         } else if (!strcmp (opt, "check-at-minor-collections")) {
3030                                 consistency_check_at_minor_collection = TRUE;
3031                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3032                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3033                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3034                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3035                                         continue;
3036                                 }
3037                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3038                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3039                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3040                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3041                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3042                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3043                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3044                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3045                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3046                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3047                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3048                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3049                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3050                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3051                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3052                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3053                                 do_verify_nursery = TRUE;
3054                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3055                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3056                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3057                                         continue;
3058                                 }
3059                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3060                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3061                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3062                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3063                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3064                                 disable_minor_collections = TRUE;
3065                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3066                                 disable_major_collections = TRUE;
3067                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3068                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3069                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3070                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3071                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3072                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3073                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3074                                 size_t limit = 0;
3075                                 if (colon) {
3076                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3077                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3078                                                 limit = -1;
3079                                         }
3080                                         *colon = '\0';
3081                                 }
3082                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3083                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3084                                 do_verify_nursery = TRUE;
3085                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3086                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3087                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3088
3089                                 if (usage_printed)
3090                                         continue;
3091
3092                                 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);
3093                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3094                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3095                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3096                                 fprintf (stderr, "  check-at-minor-collections\n");
3097                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3098                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3099                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3100                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3101                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3102                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3103                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3104                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3105                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3106                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3107                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3108                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3109                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3110                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3111                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3112                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3113                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3114                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3115                                 fprintf (stderr, "\n");
3116
3117                                 usage_printed = TRUE;
3118                         }
3119                 }
3120                 g_strfreev (opts);
3121         }
3122
3123         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3124                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3125
3126         if (major_collector.post_param_init)
3127                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3128
3129         if (major_collector.needs_thread_pool)
3130                 sgen_workers_init (1);
3131
3132         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3133
3134         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3135
3136         sgen_card_table_init (&remset);
3137
3138         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");
3139
3140         gc_initialized = 1;
3141 }
3142
3143 NurseryClearPolicy
3144 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3145 {
3146         return nursery_clear_policy;
3147 }
3148
3149 void
3150 sgen_gc_lock (void)
3151 {
3152         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3153 }
3154
3155 void
3156 sgen_gc_unlock (void)
3157 {
3158         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3159 }
3160
3161 void
3162 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3163 {
3164         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3165 }
3166
3167 void
3168 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3169 {
3170         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3171 }
3172
3173 SgenMajorCollector*
3174 sgen_get_major_collector (void)
3175 {
3176         return &major_collector;
3177 }
3178
3179 SgenRememberedSet*
3180 sgen_get_remset (void)
3181 {
3182         return &remset;
3183 }
3184
3185 static void
3186 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3187 {
3188         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3189         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3190 }
3191
3192 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3193
3194 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3195 void
3196 sgen_stop_world (int generation)
3197 {
3198         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3199
3200         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3201
3202         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3203
3204         sgen_client_stop_world (generation);
3205
3206         world_is_stopped = TRUE;
3207
3208         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3209                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3210         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3211 }
3212
3213 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3214 void
3215 sgen_restart_world (int generation)
3216 {
3217         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3218         gint64 stw_time;
3219
3220         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3221
3222         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3223                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3224         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3225
3226         world_is_stopped = FALSE;
3227
3228         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3229
3230         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3231
3232         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3233                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3234
3235         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3236 }
3237
3238 gboolean
3239 sgen_is_world_stopped (void)
3240 {
3241         return world_is_stopped;
3242 }
3243
3244 void
3245 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3246 {
3247         sgen_stop_world (0);
3248         sgen_clear_nursery_fragments ();
3249         sgen_check_whole_heap (FALSE);
3250         sgen_restart_world (0);
3251 }
3252
3253 gint64
3254 sgen_timestamp (void)
3255 {
3256         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3257         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3258         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3259 }
3260
3261 #endif /* HAVE_SGEN_GC */