Merge pull request #3418 from BrzVlad/fix-arm64-finalizer-wait
[mono.git] / mono / sgen / sgen-gc.c
1 /*
2  * sgen-gc.c: Simple generational GC.
3  *
4  * Author:
5  *      Paolo Molaro (lupus@ximian.com)
6  *  Rodrigo Kumpera (kumpera@gmail.com)
7  *
8  * Copyright 2005-2011 Novell, Inc (http://www.novell.com)
9  * Copyright 2011 Xamarin Inc (http://www.xamarin.com)
10  *
11  * Thread start/stop adapted from Boehm's GC:
12  * Copyright (c) 1994 by Xerox Corporation.  All rights reserved.
13  * Copyright (c) 1996 by Silicon Graphics.  All rights reserved.
14  * Copyright (c) 1998 by Fergus Henderson.  All rights reserved.
15  * Copyright (c) 2000-2004 by Hewlett-Packard Company.  All rights reserved.
16  * Copyright 2001-2003 Ximian, Inc
17  * Copyright 2003-2010 Novell, Inc.
18  * Copyright 2011 Xamarin, Inc.
19  * Copyright (C) 2012 Xamarin Inc
20  *
21  * Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.
22  *
23  * Important: allocation provides always zeroed memory, having to do
24  * a memset after allocation is deadly for performance.
25  * Memory usage at startup is currently as follows:
26  * 64 KB pinned space
27  * 64 KB internal space
28  * size of nursery
29  * We should provide a small memory config with half the sizes
30  *
31  * We currently try to make as few mono assumptions as possible:
32  * 1) 2-word header with no GC pointers in it (first vtable, second to store the
33  *    forwarding ptr)
34  * 2) gc descriptor is the second word in the vtable (first word in the class)
35  * 3) 8 byte alignment is the minimum and enough (not true for special structures (SIMD), FIXME)
36  * 4) there is a function to get an object's size and the number of
37  *    elements in an array.
38  * 5) we know the special way bounds are allocated for complex arrays
39  * 6) we know about proxies and how to treat them when domains are unloaded
40  *
41  * Always try to keep stack usage to a minimum: no recursive behaviour
42  * and no large stack allocs.
43  *
44  * General description.
45  * Objects are initially allocated in a nursery using a fast bump-pointer technique.
46  * When the nursery is full we start a nursery collection: this is performed with a
47  * copying GC.
48  * When the old generation is full we start a copying GC of the old generation as well:
49  * this will be changed to mark&sweep with copying when fragmentation becomes to severe
50  * in the future.  Maybe we'll even do both during the same collection like IMMIX.
51  *
52  * The things that complicate this description are:
53  * *) pinned objects: we can't move them so we need to keep track of them
54  * *) no precise info of the thread stacks and registers: we need to be able to
55  *    quickly find the objects that may be referenced conservatively and pin them
56  *    (this makes the first issues more important)
57  * *) large objects are too expensive to be dealt with using copying GC: we handle them
58  *    with mark/sweep during major collections
59  * *) some objects need to not move even if they are small (interned strings, Type handles):
60  *    we use mark/sweep for them, too: they are not allocated in the nursery, but inside
61  *    PinnedChunks regions
62  */
63
64 /*
65  * TODO:
66
67  *) we could have a function pointer in MonoClass to implement
68   customized write barriers for value types
69
70  *) investigate the stuff needed to advance a thread to a GC-safe
71   point (single-stepping, read from unmapped memory etc) and implement it.
72   This would enable us to inline allocations and write barriers, for example,
73   or at least parts of them, like the write barrier checks.
74   We may need this also for handling precise info on stacks, even simple things
75   as having uninitialized data on the stack and having to wait for the prolog
76   to zero it. Not an issue for the last frame that we scan conservatively.
77   We could always not trust the value in the slots anyway.
78
79  *) modify the jit to save info about references in stack locations:
80   this can be done just for locals as a start, so that at least
81   part of the stack is handled precisely.
82
83  *) test/fix endianess issues
84
85  *) Implement a card table as the write barrier instead of remembered
86     sets?  Card tables are not easy to implement with our current
87     memory layout.  We have several different kinds of major heap
88     objects: Small objects in regular blocks, small objects in pinned
89     chunks and LOS objects.  If we just have a pointer we have no way
90     to tell which kind of object it points into, therefore we cannot
91     know where its card table is.  The least we have to do to make
92     this happen is to get rid of write barriers for indirect stores.
93     (See next item)
94
95  *) Get rid of write barriers for indirect stores.  We can do this by
96     telling the GC to wbarrier-register an object once we do an ldloca
97     or ldelema on it, and to unregister it once it's not used anymore
98     (it can only travel downwards on the stack).  The problem with
99     unregistering is that it needs to happen eventually no matter
100     what, even if exceptions are thrown, the thread aborts, etc.
101     Rodrigo suggested that we could do only the registering part and
102     let the collector find out (pessimistically) when it's safe to
103     unregister, namely when the stack pointer of the thread that
104     registered the object is higher than it was when the registering
105     happened.  This might make for a good first implementation to get
106     some data on performance.
107
108  *) Some sort of blacklist support?  Blacklists is a concept from the
109     Boehm GC: if during a conservative scan we find pointers to an
110     area which we might use as heap, we mark that area as unusable, so
111     pointer retention by random pinning pointers is reduced.
112
113  *) experiment with max small object size (very small right now - 2kb,
114     because it's tied to the max freelist size)
115
116   *) add an option to mmap the whole heap in one chunk: it makes for many
117      simplifications in the checks (put the nursery at the top and just use a single
118      check for inclusion/exclusion): the issue this has is that on 32 bit systems it's
119      not flexible (too much of the address space may be used by default or we can't
120      increase the heap as needed) and we'd need a race-free mechanism to return memory
121      back to the system (mprotect(PROT_NONE) will still keep the memory allocated if it
122      was written to, munmap is needed, but the following mmap may not find the same segment
123      free...)
124
125  *) memzero the major fragments after restarting the world and optionally a smaller
126     chunk at a time
127
128  *) investigate having fragment zeroing threads
129
130  *) separate locks for finalization and other minor stuff to reduce
131     lock contention
132
133  *) try a different copying order to improve memory locality
134
135  *) a thread abort after a store but before the write barrier will
136     prevent the write barrier from executing
137
138  *) specialized dynamically generated markers/copiers
139
140  *) Dynamically adjust TLAB size to the number of threads.  If we have
141     too many threads that do allocation, we might need smaller TLABs,
142     and we might get better performance with larger TLABs if we only
143     have a handful of threads.  We could sum up the space left in all
144     assigned TLABs and if that's more than some percentage of the
145     nursery size, reduce the TLAB size.
146
147  *) Explore placing unreachable objects on unused nursery memory.
148         Instead of memset'ng a region to zero, place an int[] covering it.
149         A good place to start is add_nursery_frag. The tricky thing here is
150         placing those objects atomically outside of a collection.
151
152  *) Allocation should use asymmetric Dekker synchronization:
153         http://blogs.oracle.com/dave/resource/Asymmetric-Dekker-Synchronization.txt
154         This should help weak consistency archs.
155  */
156 #include "config.h"
157 #ifdef HAVE_SGEN_GC
158
159 #ifdef __MACH__
160 #undef _XOPEN_SOURCE
161 #define _XOPEN_SOURCE
162 #define _DARWIN_C_SOURCE
163 #endif
164
165 #ifdef HAVE_UNISTD_H
166 #include <unistd.h>
167 #endif
168 #ifdef HAVE_PTHREAD_H
169 #include <pthread.h>
170 #endif
171 #ifdef HAVE_PTHREAD_NP_H
172 #include <pthread_np.h>
173 #endif
174 #include <stdio.h>
175 #include <string.h>
176 #include <errno.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <stdlib.h>
179
180 #include "mono/sgen/sgen-gc.h"
181 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
182 #include "mono/sgen/sgen-protocol.h"
183 #include "mono/sgen/sgen-memory-governor.h"
184 #include "mono/sgen/sgen-hash-table.h"
185 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
186 #include "mono/sgen/sgen-pinning.h"
187 #include "mono/sgen/sgen-workers.h"
188 #include "mono/sgen/sgen-client.h"
189 #include "mono/sgen/sgen-pointer-queue.h"
190 #include "mono/sgen/gc-internal-agnostic.h"
191 #include "mono/utils/mono-proclib.h"
192 #include "mono/utils/mono-memory-model.h"
193 #include "mono/utils/hazard-pointer.h"
194
195 #include <mono/utils/memcheck.h>
196
197 #undef pthread_create
198 #undef pthread_join
199 #undef pthread_detach
200
201 /*
202  * ######################################################################
203  * ########  Types and constants used by the GC.
204  * ######################################################################
205  */
206
207 /* 0 means not initialized, 1 is initialized, -1 means in progress */
208 static int gc_initialized = 0;
209 /* If set, check if we need to do something every X allocations */
210 gboolean has_per_allocation_action;
211 /* If set, do a heap check every X allocation */
212 guint32 verify_before_allocs = 0;
213 /* If set, do a minor collection before every X allocation */
214 guint32 collect_before_allocs = 0;
215 /* If set, do a whole heap check before each collection */
216 static gboolean whole_heap_check_before_collection = FALSE;
217 /* If set, do a remset consistency check at various opportunities */
218 static gboolean remset_consistency_checks = FALSE;
219 /* If set, do a mod union consistency check before each finishing collection pause */
220 static gboolean mod_union_consistency_check = FALSE;
221 /* If set, check whether mark bits are consistent after major collections */
222 static gboolean check_mark_bits_after_major_collection = FALSE;
223 /* If set, check that all nursery objects are pinned/not pinned, depending on context */
224 static gboolean check_nursery_objects_pinned = FALSE;
225 /* If set, do a few checks when the concurrent collector is used */
226 static gboolean do_concurrent_checks = FALSE;
227 /* If set, do a plausibility check on the scan_starts before and after
228    each collection */
229 static gboolean do_scan_starts_check = FALSE;
230
231 static gboolean disable_minor_collections = FALSE;
232 static gboolean disable_major_collections = FALSE;
233 static gboolean do_verify_nursery = FALSE;
234 static gboolean do_dump_nursery_content = FALSE;
235 static gboolean enable_nursery_canaries = FALSE;
236
237 static gboolean precleaning_enabled = TRUE;
238
239 #ifdef HEAVY_STATISTICS
240 guint64 stat_objects_alloced_degraded = 0;
241 guint64 stat_bytes_alloced_degraded = 0;
242
243 guint64 stat_copy_object_called_nursery = 0;
244 guint64 stat_objects_copied_nursery = 0;
245 guint64 stat_copy_object_called_major = 0;
246 guint64 stat_objects_copied_major = 0;
247
248 guint64 stat_scan_object_called_nursery = 0;
249 guint64 stat_scan_object_called_major = 0;
250
251 guint64 stat_slots_allocated_in_vain;
252
253 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_from_space = 0;
254 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_forwarded = 0;
255 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_pinned = 0;
256 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_to_space = 0;
257
258 static guint64 stat_wbarrier_add_to_global_remset = 0;
259 static guint64 stat_wbarrier_arrayref_copy = 0;
260 static guint64 stat_wbarrier_generic_store = 0;
261 static guint64 stat_wbarrier_generic_store_atomic = 0;
262 static guint64 stat_wbarrier_set_root = 0;
263 #endif
264
265 static guint64 stat_pinned_objects = 0;
266
267 static guint64 time_minor_pre_collection_fragment_clear = 0;
268 static guint64 time_minor_pinning = 0;
269 static guint64 time_minor_scan_remsets = 0;
270 static guint64 time_minor_scan_pinned = 0;
271 static guint64 time_minor_scan_roots = 0;
272 static guint64 time_minor_finish_gray_stack = 0;
273 static guint64 time_minor_fragment_creation = 0;
274
275 static guint64 time_major_pre_collection_fragment_clear = 0;
276 static guint64 time_major_pinning = 0;
277 static guint64 time_major_scan_pinned = 0;
278 static guint64 time_major_scan_roots = 0;
279 static guint64 time_major_scan_mod_union = 0;
280 static guint64 time_major_finish_gray_stack = 0;
281 static guint64 time_major_free_bigobjs = 0;
282 static guint64 time_major_los_sweep = 0;
283 static guint64 time_major_sweep = 0;
284 static guint64 time_major_fragment_creation = 0;
285
286 static guint64 time_max = 0;
287
288 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_start);
289 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_end);
290
291 int gc_debug_level = 0;
292 FILE* gc_debug_file;
293
294 /*
295 void
296 mono_gc_flush_info (void)
297 {
298         fflush (gc_debug_file);
299 }
300 */
301
302 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
303 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
304 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
305
306 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
307
308 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
309
310 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
311 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
312 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
313
314 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
315
316 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
317
318 gboolean
319 nursery_canaries_enabled (void)
320 {
321         return enable_nursery_canaries;
322 }
323
324 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
325
326 #if defined(HAVE_CONC_GC_AS_DEFAULT)
327 /* Use concurrent major on deskstop platforms */
328 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_conc_init
329 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep-conc"
330 #else
331 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_init
332 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep"
333 #endif
334
335 /*
336  * ######################################################################
337  * ########  Global data.
338  * ######################################################################
339  */
340 MonoCoopMutex gc_mutex;
341
342 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
343
344 size_t degraded_mode = 0;
345
346 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
347
348 GCMemSection *nursery_section = NULL;
349 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
350 static volatile mword highest_heap_address = 0;
351
352 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
353
354 int current_collection_generation = -1;
355 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
356
357 /* objects that are ready to be finalized */
358 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
359 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
360
361 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
362 /* 
363  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
364  */
365 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
366         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
367         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
368         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
369 };
370 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
371
372 /* The size of a TLAB */
373 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
374  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
375  * FIXME: Tune this.
376  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
377  */
378 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
379
380 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
381
382 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
383
384 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
385
386 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
387 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
388 #endif
389
390 /*Object was pinned during the current collection*/
391 static mword objects_pinned;
392
393 /*
394  * ######################################################################
395  * ########  Macros and function declarations.
396  * ######################################################################
397  */
398
399 /* forward declarations */
400 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
401
402 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
403 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
404
405
406 SgenMajorCollector major_collector;
407 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
408
409 static SgenRememberedSet remset;
410
411 /*
412  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
413  * concurrent, we use the main gray queue.
414  */
415 static SgenGrayQueue*
416 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data, SgenGrayQueue *default_gray_queue)
417 {
418         if (worker_data)
419                 return &worker_data->private_gray_queue;
420         SGEN_ASSERT (0, default_gray_queue, "Why don't we have a default gray queue when we're not running in a worker thread?");
421         return default_gray_queue;
422 }
423
424 static void
425 gray_queue_enable_redirect (SgenGrayQueue *queue)
426 {
427         SGEN_ASSERT (0, concurrent_collection_in_progress, "Where are we redirecting the gray queue to, without a concurrent collection?");
428
429         sgen_gray_queue_set_alloc_prepare (queue, sgen_workers_take_from_queue_and_awake);
430         sgen_workers_take_from_queue_and_awake (queue);
431 }
432
433 void
434 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
435 {
436         while (start < end) {
437                 size_t size;
438                 char *obj;
439
440                 if (!*(void**)start) {
441                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
442                         continue;
443                 }
444
445                 if (allow_flags) {
446                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
447                                 obj = start;
448                 } else {
449                         obj = start;
450                 }
451
452                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
453                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
454                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
455                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
456                         CANARIFY_SIZE (size);
457                 } else {
458                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
459                 }
460
461                 start += size;
462         }
463 }
464
465 /*
466  * sgen_add_to_global_remset:
467  *
468  *   The global remset contains locations which point into newspace after
469  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
470  *
471  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
472  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
473  */
474 void
475 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
476 {
477         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
478
479         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
480
481         if (!major_collector.is_concurrent) {
482                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
483         } else {
484                 if (current_collection_generation == -1)
485                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
486         }
487
488         if (!object_is_pinned (obj))
489                 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");
490         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
491                 return;
492
493         remset.record_pointer (ptr);
494
495         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
496
497         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
498         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
499 }
500
501 /*
502  * sgen_drain_gray_stack:
503  *
504  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
505  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
506  * usage.
507  *
508  */
509 gboolean
510 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
511 {
512         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
513         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
514
515         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
516                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
517
518         for (;;) {
519                 GCObject *obj;
520                 SgenDescriptor desc;
521                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
522                 if (!obj)
523                         return TRUE;
524                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
525                 scan_func (obj, desc, queue);
526         }
527         return FALSE;
528 }
529
530 /*
531  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
532  * the object header for each address and pins the object. The
533  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
534  * address array is overwritten with the addresses of the actually
535  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
536  */
537 static int
538 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
539 {
540         GCMemSection *section = nursery_section;
541         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
542         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
543         void *start_nursery = section->data;
544         void *end_nursery = section->next_data;
545         void *last = NULL;
546         int count = 0;
547         void *search_start;
548         void *addr;
549         void *pinning_front = start_nursery;
550         size_t idx;
551         void **definitely_pinned = start;
552         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
553         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
554
555         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
556
557         while (start < end) {
558                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
559                 size_t obj_to_pin_size = 0;
560                 SgenDescriptor desc;
561
562                 addr = *start;
563
564                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
565                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
566
567                 if (addr == last) {
568                         ++start;
569                         continue;
570                 }
571
572                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
573                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
574                 if (addr < pinning_front) {
575                         start++;
576                         continue;
577                 }
578
579                 /*
580                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
581                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
582                  * start at start_nursery.
583                  */
584                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
585                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
586                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
587                 if (!search_start || search_start > addr) {
588                         while (idx) {
589                                 --idx;
590                                 search_start = section->scan_starts [idx];
591                                 if (search_start && search_start <= addr)
592                                         break;
593                         }
594                         if (!search_start || search_start > addr)
595                                 search_start = start_nursery;
596                 }
597
598                 /*
599                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
600                  * searching at the front.
601                  */
602                 if (search_start < pinning_front)
603                         search_start = pinning_front;
604
605                 /*
606                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
607                  *
608                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
609                  */
610                 do {
611                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
612
613                         /* Skip zeros. */
614                         if (!*(void**)search_start) {
615                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
616                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
617                                 continue;
618                         }
619
620                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
621
622                         /*
623                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
624                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
625                          * either.
626                          */
627                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
628                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
629                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
630
631                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
632                                         /* This is the object we're looking for. */
633                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
634                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
635                                         break;
636                                 }
637                         }
638
639                         /* Skip to the next object */
640                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
641                 } while (search_start <= addr);
642
643                 /* We've searched past the address we were looking for. */
644                 if (!obj_to_pin) {
645                         pinning_front = search_start;
646                         goto next_pin_queue_entry;
647                 }
648
649                 /*
650                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
651                  * can advance the pinning front in any case.
652                  */
653                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
654
655                 /*
656                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
657                  * fragment, we don't pin it.
658                  */
659                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
660                         goto next_pin_queue_entry;
661
662                 /*
663                  * Finally - pin the object!
664                  */
665                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
666                 if (do_scan_objects) {
667                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
668                 } else {
669                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
670                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
671                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
672                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
673                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
674
675                         pin_object (obj_to_pin);
676                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
677                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
678                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
679                         count++;
680                 }
681                 if (concurrent_collection_in_progress)
682                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
683
684         next_pin_queue_entry:
685                 last = addr;
686                 ++start;
687         }
688         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
689         stat_pinned_objects += count;
690         return count;
691 }
692
693 static void
694 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
695 {
696         size_t reduced_to;
697
698         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
699                 return;
700
701         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
702         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
703 }
704
705 /*
706  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
707  * when we can't promote an object because we're out of memory.
708  */
709 void
710 sgen_pin_object (GCObject *object, SgenGrayQueue *queue)
711 {
712         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
713
714         /*
715          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
716          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
717          */
718         sgen_pin_stage_ptr (object);
719
720         SGEN_PIN_OBJECT (object);
721         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
722
723         ++objects_pinned;
724         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
725
726         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
727 }
728
729 /* Sort the addresses in array in increasing order.
730  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
731  */
732 void
733 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
734 {
735         size_t i;
736         void *tmp;
737
738         for (i = 1; i < size; ++i) {
739                 size_t child = i;
740                 while (child > 0) {
741                         size_t parent = (child - 1) / 2;
742
743                         if (array [parent] >= array [child])
744                                 break;
745
746                         tmp = array [parent];
747                         array [parent] = array [child];
748                         array [child] = tmp;
749
750                         child = parent;
751                 }
752         }
753
754         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
755                 size_t end, root;
756                 tmp = array [i];
757                 array [i] = array [0];
758                 array [0] = tmp;
759
760                 end = i - 1;
761                 root = 0;
762
763                 while (root * 2 + 1 <= end) {
764                         size_t child = root * 2 + 1;
765
766                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
767                                 ++child;
768                         if (array [root] >= array [child])
769                                 break;
770
771                         tmp = array [root];
772                         array [root] = array [child];
773                         array [child] = tmp;
774
775                         root = child;
776                 }
777         }
778 }
779
780 /* 
781  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
782  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
783  * Typically used for thread stacks.
784  */
785 void
786 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
787 {
788         int count = 0;
789
790         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
791
792 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
793         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
794 #endif
795
796         while (start < end) {
797                 /*
798                  * *start can point to the middle of an object
799                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
800                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
801                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
802                  * may keep the only reference to an object by pointing
803                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
804                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
805                  * from pointers to the start of the next object in memory
806                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
807                  * We queue the pointer in an array, the
808                  * array will then be sorted and uniqued. This way
809                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
810                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
811                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
812                  * alignment, so the unique process is more effective.
813                  */
814                 mword addr = (mword)*start;
815                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
816                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
817                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
818                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
819                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
820                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
821                         count++;
822                 }
823                 start++;
824         }
825         if (count)
826                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
827 }
828
829 /*
830  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
831  * This function considers all the areas of memory that need to be
832  * conservatively scanned.
833  */
834 static void
835 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
836 {
837         void **start_root;
838         RootRecord *root;
839         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);
840         /* objects pinned from the API are inside these roots */
841         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
842                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
843                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
844         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
845         /* now deal with the thread stacks
846          * in the future we should be able to conservatively scan only:
847          * *) the cpu registers
848          * *) the unmanaged stack frames
849          * *) the _last_ managed stack frame
850          * *) pointers slots in managed frames
851          */
852         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
853 }
854
855 static void
856 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
857 {
858         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
859         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
860 }
861
862 /*
863  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
864  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
865  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
866  * This functions copies them to to_space updates them.
867  *
868  * This function is not thread-safe!
869  */
870 static void
871 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
872 {
873         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
874         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
875
876         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
877         case ROOT_DESC_BITMAP:
878                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
879                 while (desc) {
880                         if ((desc & 1) && *start_root) {
881                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
882                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
883                         }
884                         desc >>= 1;
885                         start_root++;
886                 }
887                 return;
888         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
889                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
890                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
891                 void **start_run = start_root;
892                 bitmap_data++;
893                 while (bwords-- > 0) {
894                         gsize bmap = *bitmap_data++;
895                         void **objptr = start_run;
896                         while (bmap) {
897                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
898                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
899                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
900                                 }
901                                 bmap >>= 1;
902                                 ++objptr;
903                         }
904                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
905                 }
906                 break;
907         }
908         case ROOT_DESC_USER: {
909                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
910                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
911                 break;
912         }
913         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
914                 g_assert_not_reached ();
915         default:
916                 g_assert_not_reached ();
917         }
918 }
919
920 static void
921 reset_heap_boundaries (void)
922 {
923         lowest_heap_address = ~(mword)0;
924         highest_heap_address = 0;
925 }
926
927 void
928 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
929 {
930         mword old;
931
932         do {
933                 old = lowest_heap_address;
934                 if (low >= old)
935                         break;
936         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
937
938         do {
939                 old = highest_heap_address;
940                 if (high <= old)
941                         break;
942         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
943 }
944
945 /*
946  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
947  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
948  */
949 static void
950 alloc_nursery (void)
951 {
952         GCMemSection *section;
953         char *data;
954         size_t scan_starts;
955         size_t alloc_size;
956
957         if (nursery_section)
958                 return;
959         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
960         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
961          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
962          * objects in the existing nursery.
963          */
964         /* FIXME: handle OOM */
965         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
966
967         alloc_size = sgen_nursery_size;
968
969         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
970         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
971
972         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
973         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
974         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 ());
975         section->data = section->next_data = data;
976         section->size = alloc_size;
977         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
978         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
979         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
980         section->num_scan_start = scan_starts;
981
982         nursery_section = section;
983
984         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
985 }
986
987 FILE *
988 mono_gc_get_logfile (void)
989 {
990         return gc_debug_file;
991 }
992
993 static void
994 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
995 {
996         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
997         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
998         size_t i;
999
1000         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1001                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1002                 if (!obj)
1003                         continue;
1004                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1005                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1006         }
1007 }
1008
1009 static const char*
1010 generation_name (int generation)
1011 {
1012         switch (generation) {
1013         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1014         case GENERATION_OLD: return "old";
1015         default: g_assert_not_reached ();
1016         }
1017 }
1018
1019 const char*
1020 sgen_generation_name (int generation)
1021 {
1022         return generation_name (generation);
1023 }
1024
1025 static void
1026 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1027 {
1028         TV_DECLARE (atv);
1029         TV_DECLARE (btv);
1030         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1031         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1032         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1033         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1034
1035         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1036         /*
1037          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1038          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1039          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1040          * additional roots and we may add more items as we go.
1041          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1042          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1043          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1044          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1045          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1046          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1047          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1048          */
1049         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1050         TV_GETTIME (atv);
1051         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1052
1053         /*
1054         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1055         collection trigged by minor overflow.
1056
1057         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1058         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1059         */
1060         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1061                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1062
1063         /*
1064          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1065          * to ensure they see the full set of live objects.
1066          */
1067         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1068
1069         /*
1070          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1071          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1072          * objects that are in fact reachable.
1073          */
1074         done_with_ephemerons = 0;
1075         do {
1076                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1077                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1078                 ++ephemeron_rounds;
1079         } while (!done_with_ephemerons);
1080
1081         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1082                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1083                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1084                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1085                 if (generation == GENERATION_OLD)
1086                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1087
1088                 /*
1089                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1090
1091                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1092                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1093
1094                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1095
1096                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1097                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1098                 be a big deal.
1099                 */
1100                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1101         }
1102
1103         /*
1104         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1105         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1106         */
1107         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1108
1109         /*
1110         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1111         finalization so they can be cleared before that.
1112         */
1113         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1114         if (generation == GENERATION_OLD)
1115                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1116
1117
1118         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1119          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1120          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1121          * are marked/copied.
1122          */
1123         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1124         if (generation == GENERATION_OLD)
1125                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1126         /* drain the new stack that might have been created */
1127         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1128         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1129
1130         /*
1131          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1132          */
1133         done_with_ephemerons = 0;
1134         do {
1135                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1136                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1137                 ++ephemeron_rounds;
1138         } while (!done_with_ephemerons);
1139
1140         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1141
1142         /*
1143          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1144          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1145          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1146         */
1147         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1148
1149         TV_GETTIME (btv);
1150         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);
1151
1152         /*
1153          * handle disappearing links
1154          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1155          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1156          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1157          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1158          * called.
1159          */
1160         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1161         for (;;) {
1162                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1163                 if (generation == GENERATION_OLD)
1164                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1165                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1166                         break;
1167                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1168         }
1169
1170         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1171
1172         sgen_gray_object_queue_trim_free_list (queue);
1173         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1174 }
1175
1176 void
1177 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1178 {
1179         size_t i;
1180         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1181                 if (section->scan_starts [i]) {
1182                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1183                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1184                 }
1185         }
1186 }
1187
1188 static void
1189 check_scan_starts (void)
1190 {
1191         if (!do_scan_starts_check)
1192                 return;
1193         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1194         major_collector.check_scan_starts ();
1195 }
1196
1197 static void
1198 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1199 {
1200         void **start_root;
1201         RootRecord *root;
1202         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1203                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1204                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1205         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1206 }
1207
1208 static void
1209 init_stats (void)
1210 {
1211         static gboolean inited = FALSE;
1212
1213         if (inited)
1214                 return;
1215
1216         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1217
1218         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1219         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1220         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1221         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1222         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1223         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1224
1225         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1226         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1227         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1228         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1229         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1230         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1231         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1232         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1233         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1234         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1235
1236         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1237
1238 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1239         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1240         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1241         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1242         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1243         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1244
1245         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1246         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1247
1248         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1249         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1250         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1251         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1252
1253         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1254         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1255
1256         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1257
1258         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1259         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1260         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1261         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1262
1263         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1264 #endif
1265
1266         inited = TRUE;
1267 }
1268
1269
1270 static void
1271 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1272 {
1273         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1274 }
1275
1276 void
1277 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1278 {
1279         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1280 }
1281
1282 gboolean
1283 sgen_collection_is_concurrent (void)
1284 {
1285         switch (current_collection_generation) {
1286         case GENERATION_NURSERY:
1287                 return FALSE;
1288         case GENERATION_OLD:
1289                 return concurrent_collection_in_progress;
1290         default:
1291                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1292         }
1293         return FALSE;
1294 }
1295
1296 gboolean
1297 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1298 {
1299         return concurrent_collection_in_progress;
1300 }
1301
1302 typedef struct {
1303         SgenThreadPoolJob job;
1304         SgenObjectOperations *ops;
1305         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1306 } ScanJob;
1307
1308 static ScanCopyContext
1309 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1310 {
1311         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1312
1313         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1314 }
1315
1316 static void
1317 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1318 {
1319         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1320 }
1321
1322 typedef struct {
1323         ScanJob scan_job;
1324         char *heap_start;
1325         char *heap_end;
1326         int root_type;
1327 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1328
1329 static void
1330 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1331 {
1332         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1333         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1334
1335         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1336 }
1337
1338 typedef struct {
1339         ScanJob scan_job;
1340         char *heap_start;
1341         char *heap_end;
1342 } ScanThreadDataJob;
1343
1344 static void
1345 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1346 {
1347         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1348         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1349
1350         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1351 }
1352
1353 typedef struct {
1354         ScanJob scan_job;
1355         SgenPointerQueue *queue;
1356 } ScanFinalizerEntriesJob;
1357
1358 static void
1359 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1360 {
1361         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1362         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1363
1364         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1365 }
1366
1367 static void
1368 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1369 {
1370         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1371         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1372
1373         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1374         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1375 }
1376
1377 static void
1378 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1379 {
1380         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1381         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1382
1383         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1384         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1385 }
1386
1387 static void
1388 job_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1389 {
1390         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1391         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1392
1393         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1394
1395         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1396         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1397
1398         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1399 }
1400
1401 static void
1402 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1403 {
1404         if (use_workers)
1405                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1406         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1407 }
1408
1409 static void
1410 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1411 {
1412         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1413         ScanThreadDataJob *stdj;
1414         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1415
1416         /* registered roots, this includes static fields */
1417
1418         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1419         scrrj->scan_job.ops = ops;
1420         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1421         scrrj->heap_start = heap_start;
1422         scrrj->heap_end = heap_end;
1423         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1424         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1425
1426         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1427         scrrj->scan_job.ops = ops;
1428         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1429         scrrj->heap_start = heap_start;
1430         scrrj->heap_end = heap_end;
1431         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1432         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1433
1434         /* Threads */
1435
1436         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1437         stdj->scan_job.ops = ops;
1438         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1439         stdj->heap_start = heap_start;
1440         stdj->heap_end = heap_end;
1441         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1442
1443         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1444
1445         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1446         sfej->scan_job.ops = ops;
1447         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1448         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1449         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1450
1451         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1452         sfej->scan_job.ops = ops;
1453         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1454         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1455         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1456 }
1457
1458 /*
1459  * Perform a nursery collection.
1460  *
1461  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1462  */
1463 static gboolean
1464 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue, gboolean finish_up_concurrent_mark)
1465 {
1466         gboolean needs_major;
1467         size_t max_garbage_amount;
1468         char *nursery_next;
1469         mword fragment_total;
1470         ScanJob *sj;
1471         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1472         SgenObjectOperations *object_ops;
1473         ScanCopyContext ctx;
1474         TV_DECLARE (atv);
1475         TV_DECLARE (btv);
1476         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
1477         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
1478
1479         if (disable_minor_collections)
1480                 return TRUE;
1481
1482         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1483         atv = last_minor_collection_start_tv;
1484
1485         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1486
1487         if (sgen_concurrent_collection_in_progress ())
1488                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops_with_concurrent_major;
1489         else
1490                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1491
1492         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1493                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1494
1495         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1496
1497         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1498
1499         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1500
1501         check_scan_starts ();
1502
1503         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1504
1505         degraded_mode = 0;
1506         objects_pinned = 0;
1507         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1508         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1509         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1510
1511         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 ()));
1512         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1513         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1514
1515         /* world must be stopped already */
1516         TV_GETTIME (btv);
1517         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1518
1519         sgen_client_pre_collection_checks ();
1520
1521         nursery_section->next_data = nursery_next;
1522
1523         major_collector.start_nursery_collection ();
1524
1525         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1526
1527         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1528         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1529
1530         gc_stats.minor_gc_count ++;
1531
1532         if (whole_heap_check_before_collection) {
1533                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1534                 sgen_check_whole_heap (finish_up_concurrent_mark);
1535         }
1536
1537         sgen_process_fin_stage_entries ();
1538
1539         /* pin from pinned handles */
1540         sgen_init_pinning ();
1541         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1542         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1543         /* pin cemented objects */
1544         sgen_pin_cemented_objects ();
1545         /* identify pinned objects */
1546         sgen_optimize_pin_queue ();
1547         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1548
1549         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1550         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1551
1552         if (remset_consistency_checks)
1553                 sgen_check_remset_consistency ();
1554
1555         TV_GETTIME (atv);
1556         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1557         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1558         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1559
1560         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1561         sj->ops = object_ops;
1562         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1563         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1564
1565         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1566         TV_GETTIME (btv);
1567         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1568         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1569
1570         sgen_pin_stats_report ();
1571
1572         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1573         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1574
1575         TV_GETTIME (atv);
1576         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1577
1578         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1579
1580         TV_GETTIME (btv);
1581         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1582
1583         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1584
1585         TV_GETTIME (atv);
1586         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1587         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1588
1589         if (objects_pinned) {
1590                 sgen_optimize_pin_queue ();
1591                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1592         }
1593
1594         /*
1595          * This is the latest point at which we can do this check, because
1596          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1597          */
1598         if (remset_consistency_checks)
1599                 sgen_check_remset_consistency ();
1600
1601         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1602          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1603          * next allocations.
1604          */
1605         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1606         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1607         if (!fragment_total)
1608                 degraded_mode = 1;
1609
1610         /* Clear TLABs for all threads */
1611         sgen_clear_tlabs ();
1612
1613         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1614         TV_GETTIME (btv);
1615         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1616         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1617
1618         if (remset_consistency_checks)
1619                 sgen_check_major_refs ();
1620
1621         major_collector.finish_nursery_collection ();
1622
1623         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1624         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1625
1626         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1627
1628         /* prepare the pin queue for the next collection */
1629         sgen_finish_pinning ();
1630         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1631                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1632                 sgen_client_finalize_notify ();
1633         }
1634         sgen_pin_stats_reset ();
1635         /* clear cemented hash */
1636         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1637
1638         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1639
1640         remset.finish_minor_collection ();
1641
1642         check_scan_starts ();
1643
1644         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1645
1646         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1647
1648         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1649         needs_major = objects_pinned > 0;
1650         current_collection_generation = -1;
1651         objects_pinned = 0;
1652
1653         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1654
1655         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1656                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1657
1658         return needs_major;
1659 }
1660
1661 typedef enum {
1662         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1663         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1664         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1665 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1666
1667 static void
1668 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1669 {
1670         LOSObject *bigobj;
1671         TV_DECLARE (atv);
1672         TV_DECLARE (btv);
1673         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1674          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1675          */
1676         char *heap_start = NULL;
1677         char *heap_end = (char*)-1;
1678         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1679         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1680
1681         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1682
1683         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1684                 /*This cleans up unused fragments */
1685                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1686
1687                 if (do_concurrent_checks)
1688                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1689         } else {
1690                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1691                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1692         }
1693
1694         TV_GETTIME (atv);
1695
1696         /* Pinning depends on this */
1697         sgen_clear_nursery_fragments ();
1698
1699         if (whole_heap_check_before_collection)
1700                 sgen_check_whole_heap (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT);
1701
1702         TV_GETTIME (btv);
1703         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1704
1705         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1706                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1707         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1708          * and deal with pointers outside of the sections later.
1709          */
1710
1711         objects_pinned = 0;
1712
1713         sgen_client_pre_collection_checks ();
1714
1715         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1716                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1717                 remset.clear_cards ();
1718         }
1719
1720         sgen_process_fin_stage_entries ();
1721
1722         TV_GETTIME (atv);
1723         sgen_init_pinning ();
1724         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1725         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1726         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1727                 /* Pin cemented objects that were forced */
1728                 sgen_pin_cemented_objects ();
1729         }
1730         sgen_optimize_pin_queue ();
1731         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1732                 /*
1733                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1734                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1735                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1736                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1737                  */
1738                 sgen_cement_force_pinned ();
1739         }
1740
1741         sgen_client_collecting_major_1 ();
1742
1743         /*
1744          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1745          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1746          * objects are pinned.
1747          *
1748          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1749          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1750          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1751          *
1752          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1753          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1754          */
1755         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1756         /* first pass for the sections */
1757         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1758         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1759         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1760         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1761                 size_t dummy;
1762                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1763                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1764
1765                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1766                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1767                                 continue;
1768                         }
1769                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1770                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1771                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1772                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1773                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1774                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1775                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1776
1777                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1778                 }
1779         }
1780
1781         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1782         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1783                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1784
1785         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1786         if (old_next_pin_slot)
1787                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1788
1789         /*
1790          * We don't actually pin when starting a concurrent collection, so the remset
1791          * consistency check won't work.
1792          */
1793         if (remset_consistency_checks && mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT)
1794                 sgen_check_remset_consistency ();
1795
1796         TV_GETTIME (btv);
1797         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1798         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1799         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1800
1801         major_collector.init_to_space ();
1802
1803         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1804         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1805                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1806                         /*
1807                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1808                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1809                          */
1810                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1811                         sgen_workers_join ();
1812                 }
1813         }
1814
1815 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1816         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1817 #endif
1818
1819         sgen_client_collecting_major_2 ();
1820
1821         TV_GETTIME (atv);
1822         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1823
1824         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1825
1826         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1827
1828         TV_GETTIME (btv);
1829         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1830
1831         /*
1832          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1833          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1834          * the roots.
1835          */
1836         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1837                 if (precleaning_enabled) {
1838                         ScanJob *sj;
1839                         /* Mod union preclean job */
1840                         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean mod union cardtable", job_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1841                         sj->ops = object_ops;
1842                         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1843                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, &sj->job);
1844                 } else {
1845                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1846                 }
1847                 gray_queue_enable_redirect (gc_thread_gray_queue);
1848         }
1849
1850         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1851                 ScanJob *sj;
1852
1853                 /* Mod union card table */
1854                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1855                 sj->ops = object_ops;
1856                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
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                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1862                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1863
1864                 TV_GETTIME (atv);
1865                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1866         }
1867
1868         sgen_pin_stats_report ();
1869
1870         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1871                 sgen_finish_pinning ();
1872
1873                 sgen_pin_stats_reset ();
1874
1875                 if (do_concurrent_checks)
1876                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1877         }
1878 }
1879
1880 static void
1881 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1882 {
1883         SgenObjectOperations *object_ops;
1884
1885         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1886
1887         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1888
1889         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1890
1891         if (!concurrent)
1892                 sgen_cement_reset ();
1893
1894         if (concurrent) {
1895                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1896                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1897
1898                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1899         } else {
1900                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1901         }
1902
1903         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1904
1905         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1906
1907         //count_ref_nonref_objs ();
1908         //consistency_check ();
1909
1910         check_scan_starts ();
1911
1912         degraded_mode = 0;
1913         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1914         gc_stats.major_gc_count ++;
1915
1916         if (major_collector.start_major_collection)
1917                 major_collector.start_major_collection ();
1918
1919         major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, old_next_pin_slot, concurrent ? COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT : COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL, object_ops);
1920 }
1921
1922 static void
1923 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1924 {
1925         ScannedObjectCounts counts;
1926         SgenObjectOperations *object_ops;
1927         mword fragment_total;
1928         TV_DECLARE (atv);
1929         TV_DECLARE (btv);
1930
1931         TV_GETTIME (btv);
1932
1933         if (concurrent_collection_in_progress) {
1934                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
1935
1936                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
1937
1938 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1939                 main_gc_thread = NULL;
1940 #endif
1941         } else {
1942                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1943         }
1944
1945         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1946
1947         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
1948         TV_GETTIME (atv);
1949         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1950
1951         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
1952
1953         if (objects_pinned) {
1954                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
1955
1956                 /*
1957                  * This is slow, but we just OOM'd.
1958                  *
1959                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
1960                  * queue is laid out at this point.
1961                  */
1962                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
1963                 /*
1964                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
1965                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
1966                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
1967                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
1968                  * somewhere.
1969                  */
1970                 sgen_optimize_pin_queue ();
1971                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1972                 objects_pinned = 0;
1973         }
1974
1975         reset_heap_boundaries ();
1976         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
1977
1978         if (whole_heap_check_before_collection)
1979                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1980
1981         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1982          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1983          * next allocations.
1984          */
1985         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
1986         if (!fragment_total)
1987                 degraded_mode = 1;
1988         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
1989
1990         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
1991                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1992
1993         /* prepare the pin queue for the next collection */
1994         sgen_finish_pinning ();
1995
1996         /* Clear TLABs for all threads */
1997         sgen_clear_tlabs ();
1998
1999         sgen_pin_stats_reset ();
2000
2001         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2002
2003         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2004                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2005
2006         TV_GETTIME (btv);
2007         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2008
2009         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2010         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2011
2012         TV_GETTIME (atv);
2013         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2014
2015         sgen_los_sweep ();
2016
2017         TV_GETTIME (btv);
2018         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2019
2020         major_collector.sweep ();
2021
2022         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2023
2024         TV_GETTIME (atv);
2025         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2026
2027         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2028
2029         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2030                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2031                 sgen_client_finalize_notify ();
2032         }
2033
2034         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2035         current_collection_generation = -1;
2036
2037         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2038         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2039
2040         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2041
2042         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2043         if (concurrent_collection_in_progress)
2044                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2045
2046         check_scan_starts ();
2047
2048         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2049
2050         //consistency_check ();
2051
2052         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2053 }
2054
2055 static gboolean
2056 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2057 {
2058         TV_DECLARE (time_start);
2059         TV_DECLARE (time_end);
2060         size_t old_next_pin_slot;
2061         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2062
2063         if (disable_major_collections)
2064                 return FALSE;
2065
2066         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2067                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2068                 g_assert (!num_marked);
2069         }
2070
2071         /* world must be stopped already */
2072         TV_GETTIME (time_start);
2073
2074         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2075         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2076         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2077         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2078
2079         TV_GETTIME (time_end);
2080         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2081
2082         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2083         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2084                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2085
2086         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2087 }
2088
2089 static void
2090 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2091 {
2092         TV_DECLARE (time_start);
2093         TV_DECLARE (time_end);
2094         long long num_objects_marked;
2095         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2096
2097         if (disable_major_collections)
2098                 return;
2099
2100         TV_GETTIME (time_start);
2101         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2102
2103         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2104         g_assert (num_objects_marked == 0);
2105
2106         binary_protocol_concurrent_start ();
2107
2108         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2109         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2110         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2111         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2112
2113         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2114
2115         TV_GETTIME (time_end);
2116         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2117
2118         current_collection_generation = -1;
2119 }
2120
2121 /*
2122  * Returns whether the major collection has finished.
2123  */
2124 static gboolean
2125 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2126 {
2127         return sgen_workers_all_done ();
2128 }
2129
2130 static void
2131 major_update_concurrent_collection (void)
2132 {
2133         TV_DECLARE (total_start);
2134         TV_DECLARE (total_end);
2135
2136         TV_GETTIME (total_start);
2137
2138         binary_protocol_concurrent_update ();
2139
2140         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2141         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2142
2143         TV_GETTIME (total_end);
2144         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2145 }
2146
2147 static void
2148 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2149 {
2150         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2151         TV_DECLARE (total_start);
2152         TV_DECLARE (total_end);
2153
2154         TV_GETTIME (total_start);
2155
2156         binary_protocol_concurrent_finish ();
2157
2158         /*
2159          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2160          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2161          * additional cardtable and object scanning.
2162          */
2163         sgen_workers_stop_all_workers ();
2164
2165         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2166         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2167
2168         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2169         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2170
2171         if (mod_union_consistency_check)
2172                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2173
2174         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2175         sgen_cement_reset ();
2176         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2177         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2178         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2179
2180         TV_GETTIME (total_end);
2181         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2182
2183         current_collection_generation = -1;
2184 }
2185
2186 /*
2187  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2188  *
2189  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2190  */
2191 void
2192 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2193 {
2194         int generation_to_collect = -1;
2195         const char *reason = NULL;
2196
2197         if (generation == GENERATION_OLD) {
2198                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2199                         reason = "LOS overflow";
2200                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2201                 }
2202         } else {
2203                 if (degraded_mode) {
2204                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2205                                 reason = "Degraded mode overflow";
2206                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2207                         }
2208                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2209                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2210                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2211                 } else {
2212                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2213                         reason = "Nursery full";                        
2214                 }
2215         }
2216
2217         if (generation_to_collect == -1) {
2218                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2219                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2220                         reason = "Finish concurrent collection";
2221                 }
2222         }
2223
2224         if (generation_to_collect == -1)
2225                 return;
2226         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2227 }
2228
2229 /*
2230  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2231  */
2232 void
2233 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2234 {
2235         TV_DECLARE (gc_total_start);
2236         TV_DECLARE (gc_total_end);
2237         int overflow_generation_to_collect = -1;
2238         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2239         const char *overflow_reason = NULL;
2240         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2241
2242         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2243
2244         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2245
2246         if (stw)
2247                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2248         else
2249                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2250                 
2251
2252         TV_GETTIME (gc_total_start);
2253
2254         // FIXME: extract overflow reason
2255         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2256         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2257                 if (concurrent_collection_in_progress)
2258                         major_update_concurrent_collection ();
2259
2260                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL, FALSE) && !concurrent_collection_in_progress) {
2261                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2262                         overflow_reason = "Minor overflow";
2263                 }
2264         } else if (finish_concurrent) {
2265                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2266                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2267         } else {
2268                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2269                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2270                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL, FALSE);
2271                         major_start_concurrent_collection (reason);
2272                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2273                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2274                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2275                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2276                 }
2277         }
2278
2279         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2280                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2281
2282                 /*
2283                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2284                  * or the nursery is fully pinned.
2285                  */
2286
2287                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2288                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL, FALSE);
2289                 else
2290                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2291
2292                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2293         }
2294
2295         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2296
2297         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2298         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2299                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2300                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2301                 sgen_dump_pin_queue ();
2302                 degraded_mode = 1;
2303         }
2304
2305         TV_GETTIME (gc_total_end);
2306         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2307
2308         if (stw)
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 volatile gboolean sgen_suspend_finalizers = FALSE;
2407
2408 void
2409 sgen_set_suspend_finalizers (void)
2410 {
2411         sgen_suspend_finalizers = TRUE;
2412 }
2413
2414 int
2415 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2416 {
2417         int count = 0;
2418
2419         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2420
2421         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2422         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2423                 GCObject *obj;
2424
2425                 LOCK_GC;
2426
2427                 /*
2428                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2429                  * finalizable object.
2430                  */
2431                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2432                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2433                         mono_memory_write_barrier ();
2434                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2435                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2436                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2437                         mono_memory_write_barrier ();
2438                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2439                 } else {
2440                         obj = NULL;
2441                 }
2442
2443                 if (obj)
2444                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2445
2446                 UNLOCK_GC;
2447
2448                 if (!obj)
2449                         break;
2450
2451                 count++;
2452                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2453                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2454                 sgen_client_run_finalize (obj);
2455         }
2456
2457         if (pending_unqueued_finalizer) {
2458                 mono_memory_write_barrier ();
2459                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2460         }
2461
2462         return count;
2463 }
2464
2465 gboolean
2466 sgen_have_pending_finalizers (void)
2467 {
2468         if (sgen_suspend_finalizers)
2469                 return FALSE;
2470         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2471 }
2472
2473 /*
2474  * ######################################################################
2475  * ########  registered roots support
2476  * ######################################################################
2477  */
2478
2479 /*
2480  * We do not coalesce roots.
2481  */
2482 int
2483 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2484 {
2485         RootRecord new_root;
2486         int i;
2487         LOCK_GC;
2488         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2489                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2490                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2491                 if (root) {
2492                         size_t old_size = root->end_root - start;
2493                         root->end_root = start + size;
2494                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2495                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2496                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2497                         root->root_desc = descr;
2498                         roots_size += size;
2499                         roots_size -= old_size;
2500                         UNLOCK_GC;
2501                         return TRUE;
2502                 }
2503         }
2504
2505         new_root.end_root = start + size;
2506         new_root.root_desc = descr;
2507         new_root.source = source;
2508         new_root.msg = msg;
2509
2510         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2511         roots_size += size;
2512
2513         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);
2514
2515         UNLOCK_GC;
2516         return TRUE;
2517 }
2518
2519 void
2520 sgen_deregister_root (char* addr)
2521 {
2522         int root_type;
2523         RootRecord root;
2524
2525         LOCK_GC;
2526         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2527                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2528                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2529         }
2530         UNLOCK_GC;
2531 }
2532
2533 /*
2534  * ######################################################################
2535  * ########  Thread handling (stop/start code)
2536  * ######################################################################
2537  */
2538
2539 int
2540 sgen_get_current_collection_generation (void)
2541 {
2542         return current_collection_generation;
2543 }
2544
2545 void*
2546 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2547 {
2548         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2549
2550         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2551
2552         return info;
2553 }
2554
2555 void
2556 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2557 {
2558         sgen_client_thread_unregister (p);
2559 }
2560
2561 /*
2562  * ######################################################################
2563  * ########  Write barriers
2564  * ######################################################################
2565  */
2566
2567 /*
2568  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2569  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2570  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2571  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2572  */
2573
2574 void
2575 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2576 {
2577         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2578         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2579         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2580                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2581                 return;
2582         }
2583
2584 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2585         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2586                 int i;
2587                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2588                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2589                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2590                         if (obj)
2591                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2592                 }
2593         }
2594 #endif
2595
2596         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2597 }
2598
2599 void
2600 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2601 {
2602         gpointer obj;
2603
2604         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2605
2606         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2607
2608         obj = *(gpointer*)ptr;
2609         if (obj)
2610                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2611
2612         /*
2613          * We need to record old->old pointer locations for the
2614          * concurrent collector.
2615          */
2616         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2617                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2618                 return;
2619         }
2620
2621         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2622
2623         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2624 }
2625
2626 void
2627 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2628 {
2629         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2630         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2631         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2632                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2633         sgen_dummy_use (value);
2634 }
2635
2636 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2637  * as an atomic operation with release semantics.
2638  */
2639 void
2640 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2641 {
2642         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2643
2644         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2645
2646         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2647
2648         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2649                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2650
2651         sgen_dummy_use (value);
2652 }
2653
2654 void
2655 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2656 {
2657         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2658         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2659
2660         while (size) {
2661                 if (bitmap & 0x1)
2662                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2663                 else
2664                         *dest = *src;
2665                 ++src;
2666                 ++dest;
2667                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2668                 bitmap >>= 1;
2669         }
2670 }
2671
2672 /*
2673  * ######################################################################
2674  * ########  Other mono public interface functions.
2675  * ######################################################################
2676  */
2677
2678 void
2679 sgen_gc_collect (int generation)
2680 {
2681         LOCK_GC;
2682         if (generation > 1)
2683                 generation = 1;
2684         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2685         UNLOCK_GC;
2686 }
2687
2688 int
2689 sgen_gc_collection_count (int generation)
2690 {
2691         if (generation == 0)
2692                 return gc_stats.minor_gc_count;
2693         return gc_stats.major_gc_count;
2694 }
2695
2696 size_t
2697 sgen_gc_get_used_size (void)
2698 {
2699         gint64 tot = 0;
2700         LOCK_GC;
2701         tot = los_memory_usage;
2702         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2703         tot += major_collector.get_used_size ();
2704         /* FIXME: account for pinned objects */
2705         UNLOCK_GC;
2706         return tot;
2707 }
2708
2709 void
2710 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2711 {
2712         va_list ap;
2713
2714         va_start (ap, description_format);
2715
2716         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2717         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2718         if (fallback)
2719                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2720         fprintf (stderr, "\n");
2721
2722         va_end (ap);
2723 }
2724
2725 static gboolean
2726 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2727 {
2728         char *endptr;
2729         double val = strtod (opt, &endptr);
2730         if (endptr == opt) {
2731                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2732                 return FALSE;
2733         }
2734         else if (val < min || val > max) {
2735                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2736                 return FALSE;
2737         }
2738         *result = val;
2739         return TRUE;
2740 }
2741
2742 void
2743 sgen_gc_init (void)
2744 {
2745         const char *env;
2746         char **opts, **ptr;
2747         char *major_collector_opt = NULL;
2748         char *minor_collector_opt = NULL;
2749         size_t max_heap = 0;
2750         size_t soft_limit = 0;
2751         int result;
2752         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2753         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2754         gboolean cement_enabled = TRUE;
2755
2756         do {
2757                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2758                 switch (result) {
2759                 case 1:
2760                         /* already inited */
2761                         return;
2762                 case -1:
2763                         /* being inited by another thread */
2764                         mono_thread_info_usleep (1000);
2765                         break;
2766                 case 0:
2767                         /* we will init it */
2768                         break;
2769                 default:
2770                         g_assert_not_reached ();
2771                 }
2772         } while (result != 0);
2773
2774         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2775
2776 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2777         mono_thread_smr_init ();
2778 #endif
2779
2780         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2781
2782         gc_debug_file = stderr;
2783
2784         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2785
2786         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME))) {
2787                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2788                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2789                         char *opt = *ptr;
2790                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2791                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2792                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2793                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2794                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2795                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2796                         }
2797                 }
2798         } else {
2799                 opts = NULL;
2800         }
2801
2802         init_stats ();
2803         sgen_init_internal_allocator ();
2804         sgen_init_nursery_allocator ();
2805         sgen_init_fin_weak_hash ();
2806         sgen_init_hash_table ();
2807         sgen_init_descriptors ();
2808         sgen_init_gray_queues ();
2809         sgen_init_allocator ();
2810         sgen_init_gchandles ();
2811
2812         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2813         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2814
2815         sgen_client_init ();
2816
2817         if (!minor_collector_opt) {
2818                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2819         } else {
2820                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2821                 use_simple_nursery:
2822                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2823                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2824                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2825                 } else {
2826                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2827                         goto use_simple_nursery;
2828                 }
2829         }
2830
2831         if (!major_collector_opt) {
2832         use_default_major:
2833                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2834         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2835                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2836         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2837                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2838         } else {
2839                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2840                 goto use_default_major;
2841         }
2842
2843         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2844
2845         if (opts) {
2846                 gboolean usage_printed = FALSE;
2847
2848                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2849                         char *opt = *ptr;
2850                         if (!strcmp (opt, ""))
2851                                 continue;
2852                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2853                                 continue;
2854                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2855                                 continue;
2856                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2857                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2858                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2859                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2860                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2861                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2862                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2863                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2864                                 } else {
2865                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2866                                 }
2867                                 continue;
2868                         }
2869                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2870                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2871                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2872                                         if (soft_limit <= 0) {
2873                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2874                                                 soft_limit = 0;
2875                                         }
2876                                 } else {
2877                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2878                                 }
2879                                 continue;
2880                         }
2881
2882 #ifdef USER_CONFIG
2883                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2884                                 size_t val;
2885                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2886                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2887                                         if ((val & (val - 1))) {
2888                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2889                                                 continue;
2890                                         }
2891
2892                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2893                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2894                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2895                                                 continue;
2896                                         }
2897
2898                                         sgen_nursery_size = val;
2899                                         sgen_nursery_bits = 0;
2900                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2901                                                 ;
2902                                 } else {
2903                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2904                                         continue;
2905                                 }
2906                                 continue;
2907                         }
2908 #endif
2909                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2910                                 double val;
2911                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2912                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2913                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2914                                         save_target = val;
2915                                 }
2916                                 continue;
2917                         }
2918                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2919                                 double val;
2920                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2921                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2922                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
2923                                         allowance_ratio = val;
2924                                 }
2925                                 continue;
2926                         }
2927
2928                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
2929                                 cement_enabled = TRUE;
2930                                 continue;
2931                         }
2932                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
2933                                 cement_enabled = FALSE;
2934                                 continue;
2935                         }
2936
2937                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
2938                                 precleaning_enabled = TRUE;
2939                                 continue;
2940                         }
2941                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
2942                                 precleaning_enabled = FALSE;
2943                                 continue;
2944                         }
2945
2946                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
2947                                 continue;
2948
2949                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
2950                                 continue;
2951
2952                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
2953                                 continue;
2954
2955                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
2956
2957                         if (usage_printed)
2958                                 continue;
2959
2960                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
2961                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2962                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2963                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2964                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
2965                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
2966                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
2967                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
2968                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
2969                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
2970                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
2971                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
2972                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
2973                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
2974                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
2975                         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);
2976                         fprintf (stderr, "\n");
2977
2978                         usage_printed = TRUE;
2979                 }
2980                 g_strfreev (opts);
2981         }
2982
2983         if (major_collector_opt)
2984                 g_free (major_collector_opt);
2985
2986         if (minor_collector_opt)
2987                 g_free (minor_collector_opt);
2988
2989         alloc_nursery ();
2990
2991         sgen_pinning_init ();
2992         sgen_cement_init (cement_enabled);
2993
2994         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME))) {
2995                 gboolean usage_printed = FALSE;
2996
2997                 opts = g_strsplit (env, ",", -1);
2998                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
2999                         char *opt = *ptr;
3000                         if (!strcmp (opt, ""))
3001                                 continue;
3002                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3003                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3004                                 opt++;
3005                                 if (opt [0] == ':')
3006                                         opt++;
3007                                 if (opt [0]) {
3008                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3009                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3010                                         if (!gc_debug_file)
3011                                                 gc_debug_file = stderr;
3012                                         g_free (rf);
3013                                 }
3014                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3015                                 debug_print_allowance = TRUE;
3016                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3017                                 sgen_pin_stats_enable ();
3018                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3019                                 verify_before_allocs = 1;
3020                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3021                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3022                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3023                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3024                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3025                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3026                                 collect_before_allocs = 1;
3027                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3028                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3029                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3030                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3031                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3032                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3033                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3034                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3035                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3036                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3037                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3038                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3039                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3040                                         continue;
3041                                 }
3042                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3043                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3044                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3045                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3046                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3047                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3048                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3049                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3050                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3051                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3052                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3053                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3054                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3055                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3056                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3057                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3058                                 do_verify_nursery = TRUE;
3059                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3060                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3061                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3062                                         continue;
3063                                 }
3064                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3065                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3066                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3067                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3068                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3069                                 disable_minor_collections = TRUE;
3070                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3071                                 disable_major_collections = TRUE;
3072                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3073                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3074                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3075                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3076                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3077                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3078                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3079                                 size_t limit = 0;
3080                                 if (colon) {
3081                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3082                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3083                                                 limit = -1;
3084                                         }
3085                                         *colon = '\0';
3086                                 }
3087                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3088                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3089                                 do_verify_nursery = TRUE;
3090                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3091                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3092                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3093
3094                                 if (usage_printed)
3095                                         continue;
3096
3097                                 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);
3098                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3099                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3100                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3101                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3102                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3103                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3104                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3105                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3106                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3107                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3108                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3109                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3110                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3111                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3112                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3113                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3114                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3115                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3116                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3117                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3118                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3119                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3120                                 fprintf (stderr, "\n");
3121
3122                                 usage_printed = TRUE;
3123                         }
3124                 }
3125                 g_strfreev (opts);
3126         }
3127
3128         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3129                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3130
3131         if (major_collector.post_param_init)
3132                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3133
3134         if (major_collector.needs_thread_pool)
3135                 sgen_workers_init (1);
3136
3137         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3138
3139         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3140
3141         sgen_card_table_init (&remset);
3142
3143         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");
3144
3145         gc_initialized = 1;
3146
3147         sgen_init_bridge ();
3148 }
3149
3150 gboolean
3151 sgen_gc_initialized ()
3152 {
3153         return gc_initialized > 0;
3154 }
3155
3156 NurseryClearPolicy
3157 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3158 {
3159         return nursery_clear_policy;
3160 }
3161
3162 void
3163 sgen_gc_lock (void)
3164 {
3165         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3166 }
3167
3168 void
3169 sgen_gc_unlock (void)
3170 {
3171         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3172 }
3173
3174 void
3175 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3176 {
3177         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3178 }
3179
3180 void
3181 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3182 {
3183         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3184 }
3185
3186 SgenMajorCollector*
3187 sgen_get_major_collector (void)
3188 {
3189         return &major_collector;
3190 }
3191
3192 SgenRememberedSet*
3193 sgen_get_remset (void)
3194 {
3195         return &remset;
3196 }
3197
3198 static void
3199 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3200 {
3201         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3202         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3203 }
3204
3205 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3206
3207 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3208 void
3209 sgen_stop_world (int generation)
3210 {
3211         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3212
3213         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3214
3215         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3216
3217         sgen_client_stop_world (generation);
3218
3219         world_is_stopped = TRUE;
3220
3221         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3222                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3223         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3224 }
3225
3226 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3227 void
3228 sgen_restart_world (int generation)
3229 {
3230         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3231         gint64 stw_time;
3232
3233         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3234
3235         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3236                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3237         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3238
3239         world_is_stopped = FALSE;
3240
3241         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3242
3243         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3244
3245         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3246                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3247
3248         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3249 }
3250
3251 gboolean
3252 sgen_is_world_stopped (void)
3253 {
3254         return world_is_stopped;
3255 }
3256
3257 void
3258 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3259 {
3260         sgen_stop_world (0);
3261         sgen_clear_nursery_fragments ();
3262         sgen_check_whole_heap (FALSE);
3263         sgen_restart_world (0);
3264 }
3265
3266 gint64
3267 sgen_timestamp (void)
3268 {
3269         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3270         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3271         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3272 }
3273
3274 #endif /* HAVE_SGEN_GC */