[sgen] Split precleaning into multiple jobs
[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 static char* gc_params_options;
294 static char* gc_debug_options;
295
296 /*
297 void
298 mono_gc_flush_info (void)
299 {
300         fflush (gc_debug_file);
301 }
302 */
303
304 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
305 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
306 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
307
308 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
309
310 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
311
312 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
313 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
314 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
315
316 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
317
318 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
319
320 gboolean
321 nursery_canaries_enabled (void)
322 {
323         return enable_nursery_canaries;
324 }
325
326 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
327
328 #if defined(HAVE_CONC_GC_AS_DEFAULT)
329 /* Use concurrent major on deskstop platforms */
330 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_conc_init
331 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep-conc"
332 #else
333 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_init
334 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep"
335 #endif
336
337 /*
338  * ######################################################################
339  * ########  Global data.
340  * ######################################################################
341  */
342 MonoCoopMutex gc_mutex;
343
344 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
345
346 size_t degraded_mode = 0;
347
348 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
349
350 GCMemSection *nursery_section = NULL;
351 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
352 static volatile mword highest_heap_address = 0;
353
354 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
355
356 int current_collection_generation = -1;
357 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
358
359 /* objects that are ready to be finalized */
360 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
361 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
362
363 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
364 /* 
365  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
366  */
367 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
368         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
369         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
370         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
371 };
372 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
373
374 /* The size of a TLAB */
375 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
376  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
377  * FIXME: Tune this.
378  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
379  */
380 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
381
382 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
383
384 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
385
386 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
387
388 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
389 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
390 #endif
391
392 /*Object was pinned during the current collection*/
393 static mword objects_pinned;
394
395 /*
396  * ######################################################################
397  * ########  Macros and function declarations.
398  * ######################################################################
399  */
400
401 /* forward declarations */
402 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
403
404 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
405 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
406
407
408 SgenMajorCollector major_collector;
409 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
410
411 static SgenRememberedSet remset;
412
413 /*
414  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
415  * concurrent, we use the main gray queue.
416  */
417 static SgenGrayQueue*
418 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data, SgenGrayQueue *default_gray_queue)
419 {
420         if (worker_data)
421                 return &worker_data->private_gray_queue;
422         SGEN_ASSERT (0, default_gray_queue, "Why don't we have a default gray queue when we're not running in a worker thread?");
423         return default_gray_queue;
424 }
425
426 static void
427 gray_queue_enable_redirect (SgenGrayQueue *queue)
428 {
429         SGEN_ASSERT (0, concurrent_collection_in_progress, "Where are we redirecting the gray queue to, without a concurrent collection?");
430
431         sgen_gray_queue_set_alloc_prepare (queue, sgen_workers_take_from_queue_and_awake);
432         sgen_workers_take_from_queue_and_awake (queue);
433 }
434
435 void
436 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
437 {
438         while (start < end) {
439                 size_t size;
440                 char *obj;
441
442                 if (!*(void**)start) {
443                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
444                         continue;
445                 }
446
447                 if (allow_flags) {
448                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
449                                 obj = start;
450                 } else {
451                         obj = start;
452                 }
453
454                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
455                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
456                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
457                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
458                         CANARIFY_SIZE (size);
459                 } else {
460                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
461                 }
462
463                 start += size;
464         }
465 }
466
467 /*
468  * sgen_add_to_global_remset:
469  *
470  *   The global remset contains locations which point into newspace after
471  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
472  *
473  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
474  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
475  */
476 void
477 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
478 {
479         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
480
481         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
482
483         if (!major_collector.is_concurrent) {
484                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
485         } else {
486                 if (current_collection_generation == -1)
487                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
488         }
489
490         if (!object_is_pinned (obj))
491                 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");
492         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
493                 return;
494
495         remset.record_pointer (ptr);
496
497         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
498
499         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
500         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
501 }
502
503 /*
504  * sgen_drain_gray_stack:
505  *
506  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
507  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
508  * usage.
509  *
510  */
511 gboolean
512 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
513 {
514         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
515         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
516
517         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
518                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
519
520         for (;;) {
521                 GCObject *obj;
522                 SgenDescriptor desc;
523                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
524                 if (!obj)
525                         return TRUE;
526                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
527                 scan_func (obj, desc, queue);
528         }
529         return FALSE;
530 }
531
532 /*
533  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
534  * the object header for each address and pins the object. The
535  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
536  * address array is overwritten with the addresses of the actually
537  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
538  */
539 static int
540 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
541 {
542         GCMemSection *section = nursery_section;
543         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
544         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
545         void *start_nursery = section->data;
546         void *end_nursery = section->next_data;
547         void *last = NULL;
548         int count = 0;
549         void *search_start;
550         void *addr;
551         void *pinning_front = start_nursery;
552         size_t idx;
553         void **definitely_pinned = start;
554         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
555         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
556
557         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
558
559         while (start < end) {
560                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
561                 size_t obj_to_pin_size = 0;
562                 SgenDescriptor desc;
563
564                 addr = *start;
565
566                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
567                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
568
569                 if (addr == last) {
570                         ++start;
571                         continue;
572                 }
573
574                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
575                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
576                 if (addr < pinning_front) {
577                         start++;
578                         continue;
579                 }
580
581                 /*
582                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
583                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
584                  * start at start_nursery.
585                  */
586                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
587                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
588                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
589                 if (!search_start || search_start > addr) {
590                         while (idx) {
591                                 --idx;
592                                 search_start = section->scan_starts [idx];
593                                 if (search_start && search_start <= addr)
594                                         break;
595                         }
596                         if (!search_start || search_start > addr)
597                                 search_start = start_nursery;
598                 }
599
600                 /*
601                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
602                  * searching at the front.
603                  */
604                 if (search_start < pinning_front)
605                         search_start = pinning_front;
606
607                 /*
608                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
609                  *
610                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
611                  */
612                 do {
613                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
614
615                         /* Skip zeros. */
616                         if (!*(void**)search_start) {
617                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
618                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
619                                 continue;
620                         }
621
622                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
623
624                         /*
625                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
626                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
627                          * either.
628                          */
629                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
630                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
631                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
632
633                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
634                                         /* This is the object we're looking for. */
635                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
636                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
637                                         break;
638                                 }
639                         }
640
641                         /* Skip to the next object */
642                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
643                 } while (search_start <= addr);
644
645                 /* We've searched past the address we were looking for. */
646                 if (!obj_to_pin) {
647                         pinning_front = search_start;
648                         goto next_pin_queue_entry;
649                 }
650
651                 /*
652                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
653                  * can advance the pinning front in any case.
654                  */
655                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
656
657                 /*
658                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
659                  * fragment, we don't pin it.
660                  */
661                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
662                         goto next_pin_queue_entry;
663
664                 /*
665                  * Finally - pin the object!
666                  */
667                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
668                 if (do_scan_objects) {
669                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
670                 } else {
671                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
672                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
673                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
674                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
675                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
676
677                         pin_object (obj_to_pin);
678                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
679                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
680                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
681                         count++;
682                 }
683                 if (concurrent_collection_in_progress)
684                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
685
686         next_pin_queue_entry:
687                 last = addr;
688                 ++start;
689         }
690         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
691         stat_pinned_objects += count;
692         return count;
693 }
694
695 static void
696 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
697 {
698         size_t reduced_to;
699
700         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
701                 return;
702
703         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
704         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
705 }
706
707 /*
708  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
709  * when we can't promote an object because we're out of memory.
710  */
711 void
712 sgen_pin_object (GCObject *object, SgenGrayQueue *queue)
713 {
714         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
715
716         /*
717          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
718          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
719          */
720         sgen_pin_stage_ptr (object);
721
722         SGEN_PIN_OBJECT (object);
723         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
724
725         ++objects_pinned;
726         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
727
728         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
729 }
730
731 /* Sort the addresses in array in increasing order.
732  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
733  */
734 void
735 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
736 {
737         size_t i;
738         void *tmp;
739
740         for (i = 1; i < size; ++i) {
741                 size_t child = i;
742                 while (child > 0) {
743                         size_t parent = (child - 1) / 2;
744
745                         if (array [parent] >= array [child])
746                                 break;
747
748                         tmp = array [parent];
749                         array [parent] = array [child];
750                         array [child] = tmp;
751
752                         child = parent;
753                 }
754         }
755
756         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
757                 size_t end, root;
758                 tmp = array [i];
759                 array [i] = array [0];
760                 array [0] = tmp;
761
762                 end = i - 1;
763                 root = 0;
764
765                 while (root * 2 + 1 <= end) {
766                         size_t child = root * 2 + 1;
767
768                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
769                                 ++child;
770                         if (array [root] >= array [child])
771                                 break;
772
773                         tmp = array [root];
774                         array [root] = array [child];
775                         array [child] = tmp;
776
777                         root = child;
778                 }
779         }
780 }
781
782 /* 
783  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
784  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
785  * Typically used for thread stacks.
786  */
787 void
788 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
789 {
790         int count = 0;
791
792         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
793
794 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
795         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
796 #endif
797
798         while (start < end) {
799                 /*
800                  * *start can point to the middle of an object
801                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
802                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
803                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
804                  * may keep the only reference to an object by pointing
805                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
806                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
807                  * from pointers to the start of the next object in memory
808                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
809                  * We queue the pointer in an array, the
810                  * array will then be sorted and uniqued. This way
811                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
812                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
813                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
814                  * alignment, so the unique process is more effective.
815                  */
816                 mword addr = (mword)*start;
817                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
818                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
819                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
820                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
821                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
822                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
823                         count++;
824                 }
825                 start++;
826         }
827         if (count)
828                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
829 }
830
831 /*
832  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
833  * This function considers all the areas of memory that need to be
834  * conservatively scanned.
835  */
836 static void
837 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
838 {
839         void **start_root;
840         RootRecord *root;
841         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);
842         /* objects pinned from the API are inside these roots */
843         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
844                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
845                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
846         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
847         /* now deal with the thread stacks
848          * in the future we should be able to conservatively scan only:
849          * *) the cpu registers
850          * *) the unmanaged stack frames
851          * *) the _last_ managed stack frame
852          * *) pointers slots in managed frames
853          */
854         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
855 }
856
857 static void
858 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
859 {
860         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
861         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
862 }
863
864 /*
865  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
866  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
867  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
868  * This functions copies them to to_space updates them.
869  *
870  * This function is not thread-safe!
871  */
872 static void
873 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
874 {
875         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
876         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
877
878         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
879         case ROOT_DESC_BITMAP:
880                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
881                 while (desc) {
882                         if ((desc & 1) && *start_root) {
883                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
884                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
885                         }
886                         desc >>= 1;
887                         start_root++;
888                 }
889                 return;
890         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
891                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
892                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
893                 void **start_run = start_root;
894                 bitmap_data++;
895                 while (bwords-- > 0) {
896                         gsize bmap = *bitmap_data++;
897                         void **objptr = start_run;
898                         while (bmap) {
899                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
900                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
901                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
902                                 }
903                                 bmap >>= 1;
904                                 ++objptr;
905                         }
906                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
907                 }
908                 break;
909         }
910         case ROOT_DESC_USER: {
911                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
912                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
913                 break;
914         }
915         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
916                 g_assert_not_reached ();
917         default:
918                 g_assert_not_reached ();
919         }
920 }
921
922 static void
923 reset_heap_boundaries (void)
924 {
925         lowest_heap_address = ~(mword)0;
926         highest_heap_address = 0;
927 }
928
929 void
930 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
931 {
932         mword old;
933
934         do {
935                 old = lowest_heap_address;
936                 if (low >= old)
937                         break;
938         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
939
940         do {
941                 old = highest_heap_address;
942                 if (high <= old)
943                         break;
944         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
945 }
946
947 /*
948  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
949  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
950  */
951 static void
952 alloc_nursery (void)
953 {
954         GCMemSection *section;
955         char *data;
956         size_t scan_starts;
957         size_t alloc_size;
958
959         if (nursery_section)
960                 return;
961         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
962         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
963          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
964          * objects in the existing nursery.
965          */
966         /* FIXME: handle OOM */
967         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
968
969         alloc_size = sgen_nursery_size;
970
971         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
972         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
973
974         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
975         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
976         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 ());
977         section->data = section->next_data = data;
978         section->size = alloc_size;
979         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
980         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
981         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
982         section->num_scan_start = scan_starts;
983
984         nursery_section = section;
985
986         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
987 }
988
989 FILE *
990 mono_gc_get_logfile (void)
991 {
992         return gc_debug_file;
993 }
994
995 void
996 mono_gc_params_set (const char* options)
997 {
998         if (gc_params_options)
999                 g_free (gc_params_options);
1000
1001         gc_params_options = g_strdup (options);
1002 }
1003
1004 void
1005 mono_gc_debug_set (const char* options)
1006 {
1007         if (gc_debug_options)
1008                 g_free (gc_debug_options);
1009
1010         gc_debug_options = g_strdup (options);
1011 }
1012
1013 static void
1014 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1015 {
1016         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1017         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1018         size_t i;
1019
1020         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1021                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1022                 if (!obj)
1023                         continue;
1024                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1025                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1026         }
1027 }
1028
1029 static const char*
1030 generation_name (int generation)
1031 {
1032         switch (generation) {
1033         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1034         case GENERATION_OLD: return "old";
1035         default: g_assert_not_reached ();
1036         }
1037 }
1038
1039 const char*
1040 sgen_generation_name (int generation)
1041 {
1042         return generation_name (generation);
1043 }
1044
1045 static void
1046 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1047 {
1048         TV_DECLARE (atv);
1049         TV_DECLARE (btv);
1050         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1051         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1052         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1053         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1054
1055         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1056         /*
1057          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1058          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1059          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1060          * additional roots and we may add more items as we go.
1061          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1062          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1063          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1064          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1065          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1066          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1067          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1068          */
1069         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1070         TV_GETTIME (atv);
1071         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1072
1073         /*
1074         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1075         collection trigged by minor overflow.
1076
1077         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1078         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1079         */
1080         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1081                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1082
1083         /*
1084          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1085          * to ensure they see the full set of live objects.
1086          */
1087         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1088
1089         /*
1090          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1091          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1092          * objects that are in fact reachable.
1093          */
1094         done_with_ephemerons = 0;
1095         do {
1096                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1097                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1098                 ++ephemeron_rounds;
1099         } while (!done_with_ephemerons);
1100
1101         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1102                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1103                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1104                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1105                 if (generation == GENERATION_OLD)
1106                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1107
1108                 /*
1109                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1110
1111                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1112                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1113
1114                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1115
1116                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1117                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1118                 be a big deal.
1119                 */
1120                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1121         }
1122
1123         /*
1124         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1125         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1126         */
1127         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1128
1129         /*
1130         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1131         finalization so they can be cleared before that.
1132         */
1133         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1134         if (generation == GENERATION_OLD)
1135                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1136
1137
1138         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1139          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1140          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1141          * are marked/copied.
1142          */
1143         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1144         if (generation == GENERATION_OLD)
1145                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1146         /* drain the new stack that might have been created */
1147         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1148         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1149
1150         /*
1151          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1152          */
1153         done_with_ephemerons = 0;
1154         do {
1155                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1156                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1157                 ++ephemeron_rounds;
1158         } while (!done_with_ephemerons);
1159
1160         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1161
1162         /*
1163          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1164          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1165          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1166         */
1167         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1168
1169         TV_GETTIME (btv);
1170         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);
1171
1172         /*
1173          * handle disappearing links
1174          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1175          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1176          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1177          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1178          * called.
1179          */
1180         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1181         for (;;) {
1182                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1183                 if (generation == GENERATION_OLD)
1184                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1185                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1186                         break;
1187                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1188         }
1189
1190         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1191
1192         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1193 }
1194
1195 void
1196 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1197 {
1198         size_t i;
1199         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1200                 if (section->scan_starts [i]) {
1201                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1202                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1203                 }
1204         }
1205 }
1206
1207 static void
1208 check_scan_starts (void)
1209 {
1210         if (!do_scan_starts_check)
1211                 return;
1212         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1213         major_collector.check_scan_starts ();
1214 }
1215
1216 static void
1217 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1218 {
1219         void **start_root;
1220         RootRecord *root;
1221         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1222                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1223                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1224         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1225 }
1226
1227 static void
1228 init_stats (void)
1229 {
1230         static gboolean inited = FALSE;
1231
1232         if (inited)
1233                 return;
1234
1235         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1236
1237         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1238         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1239         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1240         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1241         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1242         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1243
1244         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1245         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1246         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1247         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1248         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1249         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1250         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1251         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1252         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1253         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1254
1255         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1256
1257 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1258         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1259         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1260         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1261         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1262         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1263
1264         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1265         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1266
1267         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1268         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1269         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1270         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1271
1272         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1273         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1274
1275         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1276
1277         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1278         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1279         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1280         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1281
1282         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1283 #endif
1284
1285         inited = TRUE;
1286 }
1287
1288
1289 static void
1290 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1291 {
1292         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1293 }
1294
1295 void
1296 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1297 {
1298         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1299 }
1300
1301 gboolean
1302 sgen_collection_is_concurrent (void)
1303 {
1304         switch (current_collection_generation) {
1305         case GENERATION_NURSERY:
1306                 return FALSE;
1307         case GENERATION_OLD:
1308                 return concurrent_collection_in_progress;
1309         default:
1310                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1311         }
1312         return FALSE;
1313 }
1314
1315 gboolean
1316 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1317 {
1318         return concurrent_collection_in_progress;
1319 }
1320
1321 typedef struct {
1322         SgenThreadPoolJob job;
1323         SgenObjectOperations *ops;
1324         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1325 } ScanJob;
1326
1327 static ScanCopyContext
1328 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1329 {
1330         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1331
1332         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1333 }
1334
1335 static void
1336 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1337 {
1338         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1339 }
1340
1341 typedef struct {
1342         ScanJob scan_job;
1343         char *heap_start;
1344         char *heap_end;
1345         int root_type;
1346 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1347
1348 static void
1349 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1350 {
1351         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1352         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1353
1354         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1355 }
1356
1357 typedef struct {
1358         ScanJob scan_job;
1359         char *heap_start;
1360         char *heap_end;
1361 } ScanThreadDataJob;
1362
1363 static void
1364 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1365 {
1366         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1367         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1368
1369         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1370 }
1371
1372 typedef struct {
1373         ScanJob scan_job;
1374         SgenPointerQueue *queue;
1375 } ScanFinalizerEntriesJob;
1376
1377 static void
1378 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1379 {
1380         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1381         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1382
1383         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1384 }
1385
1386 static void
1387 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1388 {
1389         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1390         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1391
1392         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1393         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1394 }
1395
1396 static void
1397 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1398 {
1399         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1400         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1401
1402         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1403         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1404 }
1405
1406 static void
1407 job_major_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1408 {
1409         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1410         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1411
1412         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1413
1414         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1415 }
1416
1417 static void
1418 job_los_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1419 {
1420         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1421         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1422         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1423
1424         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1425
1426         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1427 }
1428
1429 static void
1430 job_scan_last_pinned (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1431 {
1432         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1433         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1434         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job_data->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data));
1435
1436         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1437
1438         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1439 }
1440
1441 static void
1442 workers_finish_callback (void)
1443 {
1444         ScanJob *sj;
1445         /* Mod union preclean job */
1446         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean mod union cardtable", job_major_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1447         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1448         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1449         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1450
1451         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean los mod union cardtable", job_los_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1452         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1453         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1454         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1455
1456         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan last pinned", job_scan_last_pinned, sizeof (ScanJob));
1457         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1458         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1459         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1460 }
1461
1462 static void
1463 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1464 {
1465         if (use_workers)
1466                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1467         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1468 }
1469
1470 static void
1471 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1472 {
1473         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1474         ScanThreadDataJob *stdj;
1475         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1476
1477         /* registered roots, this includes static fields */
1478
1479         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1480         scrrj->scan_job.ops = ops;
1481         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1482         scrrj->heap_start = heap_start;
1483         scrrj->heap_end = heap_end;
1484         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1485         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1486
1487         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1488         scrrj->scan_job.ops = ops;
1489         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1490         scrrj->heap_start = heap_start;
1491         scrrj->heap_end = heap_end;
1492         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1493         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1494
1495         /* Threads */
1496
1497         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1498         stdj->scan_job.ops = ops;
1499         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1500         stdj->heap_start = heap_start;
1501         stdj->heap_end = heap_end;
1502         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1503
1504         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1505
1506         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1507         sfej->scan_job.ops = ops;
1508         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1509         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1510         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1511
1512         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1513         sfej->scan_job.ops = ops;
1514         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1515         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1516         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1517 }
1518
1519 /*
1520  * Perform a nursery collection.
1521  *
1522  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1523  */
1524 static gboolean
1525 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue)
1526 {
1527         gboolean needs_major;
1528         size_t max_garbage_amount;
1529         char *nursery_next;
1530         mword fragment_total;
1531         ScanJob *sj;
1532         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1533         SgenObjectOperations *object_ops;
1534         ScanCopyContext ctx;
1535         TV_DECLARE (atv);
1536         TV_DECLARE (btv);
1537         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
1538         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
1539
1540         if (disable_minor_collections)
1541                 return TRUE;
1542
1543         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1544         atv = last_minor_collection_start_tv;
1545
1546         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1547
1548         if (sgen_concurrent_collection_in_progress ())
1549                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops_with_concurrent_major;
1550         else
1551                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1552
1553         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1554                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1555
1556         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1557
1558         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1559
1560         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1561
1562         check_scan_starts ();
1563
1564         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1565
1566         degraded_mode = 0;
1567         objects_pinned = 0;
1568         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1569         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1570         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1571
1572         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 ()));
1573         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1574         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1575
1576         /* world must be stopped already */
1577         TV_GETTIME (btv);
1578         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1579
1580         sgen_client_pre_collection_checks ();
1581
1582         nursery_section->next_data = nursery_next;
1583
1584         major_collector.start_nursery_collection ();
1585
1586         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1587
1588         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1589         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1590
1591         gc_stats.minor_gc_count ++;
1592
1593         sgen_process_fin_stage_entries ();
1594
1595         /* pin from pinned handles */
1596         sgen_init_pinning ();
1597         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1598         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1599         /* pin cemented objects */
1600         sgen_pin_cemented_objects ();
1601         /* identify pinned objects */
1602         sgen_optimize_pin_queue ();
1603         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1604
1605         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1606         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1607
1608         if (remset_consistency_checks)
1609                 sgen_check_remset_consistency ();
1610
1611         if (whole_heap_check_before_collection) {
1612                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1613                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1614         }
1615
1616         TV_GETTIME (atv);
1617         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1618         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1619         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1620
1621         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1622         sj->ops = object_ops;
1623         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1624         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1625
1626         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1627         TV_GETTIME (btv);
1628         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1629         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1630
1631         sgen_pin_stats_report ();
1632
1633         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1634         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1635
1636         TV_GETTIME (atv);
1637         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1638
1639         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1640
1641         TV_GETTIME (btv);
1642         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1643
1644         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1645
1646         TV_GETTIME (atv);
1647         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1648         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1649
1650         if (objects_pinned) {
1651                 sgen_optimize_pin_queue ();
1652                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1653         }
1654
1655         /*
1656          * This is the latest point at which we can do this check, because
1657          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1658          */
1659         if (remset_consistency_checks)
1660                 sgen_check_remset_consistency ();
1661
1662         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1663          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1664          * next allocations.
1665          */
1666         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1667         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1668         if (!fragment_total)
1669                 degraded_mode = 1;
1670
1671         /* Clear TLABs for all threads */
1672         sgen_clear_tlabs ();
1673
1674         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1675         TV_GETTIME (btv);
1676         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1677         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1678
1679         if (remset_consistency_checks)
1680                 sgen_check_major_refs ();
1681
1682         major_collector.finish_nursery_collection ();
1683
1684         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1685         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1686
1687         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1688
1689         /* prepare the pin queue for the next collection */
1690         sgen_finish_pinning ();
1691         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1692                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1693                 sgen_client_finalize_notify ();
1694         }
1695         sgen_pin_stats_reset ();
1696         /* clear cemented hash */
1697         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1698
1699         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1700
1701         remset.finish_minor_collection ();
1702
1703         check_scan_starts ();
1704
1705         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1706
1707         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1708
1709         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1710         needs_major = objects_pinned > 0;
1711         current_collection_generation = -1;
1712         objects_pinned = 0;
1713
1714         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1715
1716         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1717                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1718
1719         return needs_major;
1720 }
1721
1722 typedef enum {
1723         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1724         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1725         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1726 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1727
1728 static void
1729 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1730 {
1731         LOSObject *bigobj;
1732         TV_DECLARE (atv);
1733         TV_DECLARE (btv);
1734         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1735          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1736          */
1737         char *heap_start = NULL;
1738         char *heap_end = (char*)-1;
1739         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1740         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1741
1742         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1743
1744         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1745                 /*This cleans up unused fragments */
1746                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1747
1748                 if (do_concurrent_checks)
1749                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1750         } else {
1751                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1752                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1753         }
1754
1755         TV_GETTIME (atv);
1756
1757         /* Pinning depends on this */
1758         sgen_clear_nursery_fragments ();
1759
1760         if (whole_heap_check_before_collection)
1761                 sgen_check_whole_heap (TRUE);
1762
1763         TV_GETTIME (btv);
1764         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1765
1766         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1767                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1768         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1769          * and deal with pointers outside of the sections later.
1770          */
1771
1772         objects_pinned = 0;
1773
1774         sgen_client_pre_collection_checks ();
1775
1776         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1777                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1778                 remset.clear_cards ();
1779         }
1780
1781         sgen_process_fin_stage_entries ();
1782
1783         TV_GETTIME (atv);
1784         sgen_init_pinning ();
1785         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1786         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1787         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1788                 /* Pin cemented objects that were forced */
1789                 sgen_pin_cemented_objects ();
1790         }
1791         sgen_optimize_pin_queue ();
1792         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1793                 /*
1794                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1795                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1796                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1797                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1798                  */
1799                 sgen_cement_force_pinned ();
1800         }
1801
1802         sgen_client_collecting_major_1 ();
1803
1804         /*
1805          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1806          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1807          * objects are pinned.
1808          *
1809          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1810          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1811          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1812          *
1813          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1814          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1815          */
1816         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1817         /* first pass for the sections */
1818         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1819         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1820         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1821         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1822                 size_t dummy;
1823                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1824                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1825
1826                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1827                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1828                                 continue;
1829                         }
1830                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1831                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1832                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1833                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1834                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1835                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1836                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1837
1838                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1839                 }
1840         }
1841
1842         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1843         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1844                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1845
1846         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1847         if (old_next_pin_slot)
1848                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1849
1850         TV_GETTIME (btv);
1851         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1852         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1853         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1854
1855         major_collector.init_to_space ();
1856
1857         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1858         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1859                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1860                         /*
1861                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1862                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1863                          */
1864                         /* FIXME Implement parallel copying and get rid of this ineffective hack */
1865                         if (major_collector.is_parallel)
1866                                 sgen_workers_start_all_workers (&major_collector.major_ops_conc_par_start, NULL);
1867                         else
1868                                 sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1869
1870                         sgen_workers_join ();
1871                 }
1872         }
1873
1874 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1875         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1876 #endif
1877
1878         sgen_client_collecting_major_2 ();
1879
1880         TV_GETTIME (atv);
1881         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1882
1883         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1884
1885         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1886
1887         TV_GETTIME (btv);
1888         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1889
1890         /*
1891          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1892          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1893          * the roots.
1894          */
1895         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1896                 if (precleaning_enabled) {
1897                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, workers_finish_callback);
1898                 } else {
1899                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1900                 }
1901                 gray_queue_enable_redirect (gc_thread_gray_queue);
1902         }
1903
1904         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1905                 ScanJob *sj;
1906
1907                 /* Mod union card table */
1908                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1909                 sj->ops = object_ops;
1910                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1911                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1912
1913                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1914                 sj->ops = object_ops;
1915                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1916                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1917
1918                 TV_GETTIME (atv);
1919                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1920         }
1921
1922         sgen_pin_stats_report ();
1923
1924         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1925                 sgen_finish_pinning ();
1926
1927                 sgen_pin_stats_reset ();
1928
1929                 if (do_concurrent_checks)
1930                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1931         }
1932 }
1933
1934 static void
1935 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1936 {
1937         SgenObjectOperations *object_ops;
1938
1939         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1940
1941         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1942
1943         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1944
1945         if (!concurrent)
1946                 sgen_cement_reset ();
1947
1948         if (concurrent) {
1949                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1950                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1951
1952                 if (major_collector.is_parallel)
1953                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_start;
1954                 else
1955                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1956
1957         } else {
1958                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1959         }
1960
1961         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1962
1963         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1964
1965         //count_ref_nonref_objs ();
1966         //consistency_check ();
1967
1968         check_scan_starts ();
1969
1970         degraded_mode = 0;
1971         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1972         gc_stats.major_gc_count ++;
1973
1974         if (major_collector.start_major_collection)
1975                 major_collector.start_major_collection ();
1976
1977         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);
1978 }
1979
1980 static void
1981 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1982 {
1983         ScannedObjectCounts counts;
1984         SgenObjectOperations *object_ops;
1985         mword fragment_total;
1986         TV_DECLARE (atv);
1987         TV_DECLARE (btv);
1988
1989         TV_GETTIME (btv);
1990
1991         if (concurrent_collection_in_progress) {
1992                 if (major_collector.is_parallel)
1993                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_finish;
1994                 else
1995                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
1996
1997                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
1998
1999 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
2000                 main_gc_thread = NULL;
2001 #endif
2002         } else {
2003                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
2004         }
2005
2006         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2007
2008         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
2009         TV_GETTIME (atv);
2010         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
2011
2012         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
2013
2014         if (objects_pinned) {
2015                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
2016
2017                 /*
2018                  * This is slow, but we just OOM'd.
2019                  *
2020                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
2021                  * queue is laid out at this point.
2022                  */
2023                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
2024                 /*
2025                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
2026                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
2027                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
2028                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
2029                  * somewhere.
2030                  */
2031                 sgen_optimize_pin_queue ();
2032                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
2033                 objects_pinned = 0;
2034         }
2035
2036         reset_heap_boundaries ();
2037         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
2038
2039         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
2040          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
2041          * next allocations.
2042          */
2043         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
2044         if (!fragment_total)
2045                 degraded_mode = 1;
2046         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
2047
2048         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
2049                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
2050
2051         /* prepare the pin queue for the next collection */
2052         sgen_finish_pinning ();
2053
2054         /* Clear TLABs for all threads */
2055         sgen_clear_tlabs ();
2056
2057         sgen_pin_stats_reset ();
2058
2059         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2060
2061         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2062                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2063
2064         TV_GETTIME (btv);
2065         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2066
2067         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2068         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2069
2070         TV_GETTIME (atv);
2071         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2072
2073         sgen_los_sweep ();
2074
2075         TV_GETTIME (btv);
2076         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2077
2078         major_collector.sweep ();
2079
2080         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2081
2082         TV_GETTIME (atv);
2083         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2084
2085         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2086
2087         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2088                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2089                 sgen_client_finalize_notify ();
2090         }
2091
2092         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2093         current_collection_generation = -1;
2094
2095         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2096         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2097
2098         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2099
2100         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2101         if (concurrent_collection_in_progress)
2102                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2103
2104         check_scan_starts ();
2105
2106         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2107
2108         //consistency_check ();
2109
2110         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2111 }
2112
2113 static gboolean
2114 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2115 {
2116         TV_DECLARE (time_start);
2117         TV_DECLARE (time_end);
2118         size_t old_next_pin_slot;
2119         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2120
2121         if (disable_major_collections)
2122                 return FALSE;
2123
2124         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2125                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2126                 g_assert (!num_marked);
2127         }
2128
2129         /* world must be stopped already */
2130         TV_GETTIME (time_start);
2131
2132         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2133         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2134         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2135         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2136
2137         TV_GETTIME (time_end);
2138         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2139
2140         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2141         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2142                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2143
2144         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2145 }
2146
2147 static void
2148 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2149 {
2150         TV_DECLARE (time_start);
2151         TV_DECLARE (time_end);
2152         long long num_objects_marked;
2153         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2154
2155         if (disable_major_collections)
2156                 return;
2157
2158         TV_GETTIME (time_start);
2159         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2160
2161         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2162         g_assert (num_objects_marked == 0);
2163
2164         binary_protocol_concurrent_start ();
2165
2166         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2167         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2168         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2169         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2170
2171         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2172
2173         TV_GETTIME (time_end);
2174         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2175
2176         current_collection_generation = -1;
2177 }
2178
2179 /*
2180  * Returns whether the major collection has finished.
2181  */
2182 static gboolean
2183 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2184 {
2185         return sgen_workers_all_done ();
2186 }
2187
2188 static void
2189 major_update_concurrent_collection (void)
2190 {
2191         TV_DECLARE (total_start);
2192         TV_DECLARE (total_end);
2193
2194         TV_GETTIME (total_start);
2195
2196         binary_protocol_concurrent_update ();
2197
2198         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2199         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2200
2201         TV_GETTIME (total_end);
2202         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2203 }
2204
2205 static void
2206 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2207 {
2208         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2209         TV_DECLARE (total_start);
2210         TV_DECLARE (total_end);
2211
2212         TV_GETTIME (total_start);
2213
2214         binary_protocol_concurrent_finish ();
2215
2216         /*
2217          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2218          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2219          * additional cardtable and object scanning.
2220          */
2221         sgen_workers_stop_all_workers ();
2222
2223         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2224         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2225
2226         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2227         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2228
2229         if (mod_union_consistency_check)
2230                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2231
2232         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2233         sgen_cement_reset ();
2234         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2235         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2236         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2237
2238         TV_GETTIME (total_end);
2239         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2240
2241         current_collection_generation = -1;
2242 }
2243
2244 /*
2245  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2246  *
2247  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2248  */
2249 void
2250 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2251 {
2252         int generation_to_collect = -1;
2253         const char *reason = NULL;
2254
2255         if (generation == GENERATION_OLD) {
2256                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2257                         reason = "LOS overflow";
2258                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2259                 }
2260         } else {
2261                 if (degraded_mode) {
2262                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2263                                 reason = "Degraded mode overflow";
2264                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2265                         }
2266                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2267                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2268                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2269                 } else {
2270                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2271                         reason = "Nursery full";                        
2272                 }
2273         }
2274
2275         if (generation_to_collect == -1) {
2276                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2277                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2278                         reason = "Finish concurrent collection";
2279                 }
2280         }
2281
2282         if (generation_to_collect == -1)
2283                 return;
2284         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2285 }
2286
2287 /*
2288  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2289  */
2290 void
2291 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2292 {
2293         TV_DECLARE (gc_total_start);
2294         TV_DECLARE (gc_total_end);
2295         int overflow_generation_to_collect = -1;
2296         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2297         const char *overflow_reason = NULL;
2298         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2299
2300         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2301
2302         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2303
2304         if (stw)
2305                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2306         else
2307                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2308                 
2309
2310         TV_GETTIME (gc_total_start);
2311
2312         // FIXME: extract overflow reason
2313         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2314         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2315                 if (concurrent_collection_in_progress)
2316                         major_update_concurrent_collection ();
2317
2318                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL) && !concurrent_collection_in_progress) {
2319                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2320                         overflow_reason = "Minor overflow";
2321                 }
2322         } else if (finish_concurrent) {
2323                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2324                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2325         } else {
2326                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2327                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2328                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL);
2329                         major_start_concurrent_collection (reason);
2330                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2331                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2332                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2333                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2334                 }
2335         }
2336
2337         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2338                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2339
2340                 /*
2341                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2342                  * or the nursery is fully pinned.
2343                  */
2344
2345                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2346                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL);
2347                 else
2348                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2349
2350                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2351         }
2352
2353         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2354
2355         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2356         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2357                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2358                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2359                 sgen_dump_pin_queue ();
2360                 degraded_mode = 1;
2361         }
2362
2363         TV_GETTIME (gc_total_end);
2364         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2365
2366         if (stw)
2367                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2368 }
2369
2370 /*
2371  * ######################################################################
2372  * ########  Memory allocation from the OS
2373  * ######################################################################
2374  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2375  * allocating memory for GC-internal data structures.
2376  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2377  */
2378
2379 /*
2380  * Debug reporting.
2381  */
2382 G_GNUC_UNUSED static void
2383 report_internal_mem_usage (void)
2384 {
2385         printf ("Internal memory usage:\n");
2386         sgen_report_internal_mem_usage ();
2387         printf ("Pinned memory usage:\n");
2388         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2389 }
2390
2391 /*
2392  * ######################################################################
2393  * ########  Finalization support
2394  * ######################################################################
2395  */
2396
2397 /*
2398  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2399  * If it is pinned it's still alive as well.
2400  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2401  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2402  */
2403 static inline gboolean
2404 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2405 {
2406         if (ptr_in_nursery (object))
2407                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2408
2409         return sgen_major_is_object_alive (object);
2410 }
2411
2412 /*
2413  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2414  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2415  * are never alive during a minor collection.
2416  */
2417 static inline int
2418 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2419 {
2420         if (ptr_in_nursery (object))
2421                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2422
2423         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2424                 return FALSE;
2425
2426         return sgen_major_is_object_alive (object);
2427 }
2428
2429
2430 gboolean
2431 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2432 {
2433         return !sgen_is_object_alive (object);
2434 }
2435
2436 void
2437 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2438 {
2439         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2440
2441         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2442
2443         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2444 }
2445
2446 gboolean
2447 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2448 {
2449         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2450 }
2451
2452 /*
2453  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2454  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2455  * all finalizers have really finished running.
2456  *
2457  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2458  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2459  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2460  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2461  */
2462
2463 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2464 volatile gboolean sgen_suspend_finalizers = FALSE;
2465
2466 void
2467 sgen_set_suspend_finalizers (void)
2468 {
2469         sgen_suspend_finalizers = TRUE;
2470 }
2471
2472 int
2473 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2474 {
2475         int count = 0;
2476
2477         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2478
2479         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2480         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2481                 GCObject *obj;
2482
2483                 LOCK_GC;
2484
2485                 /*
2486                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2487                  * finalizable object.
2488                  */
2489                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2490                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2491                         mono_memory_write_barrier ();
2492                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2493                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2494                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2495                         mono_memory_write_barrier ();
2496                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2497                 } else {
2498                         obj = NULL;
2499                 }
2500
2501                 if (obj)
2502                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2503
2504                 UNLOCK_GC;
2505
2506                 if (!obj)
2507                         break;
2508
2509                 count++;
2510                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2511                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2512                 sgen_client_run_finalize (obj);
2513         }
2514
2515         if (pending_unqueued_finalizer) {
2516                 mono_memory_write_barrier ();
2517                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2518         }
2519
2520         return count;
2521 }
2522
2523 gboolean
2524 sgen_have_pending_finalizers (void)
2525 {
2526         if (sgen_suspend_finalizers)
2527                 return FALSE;
2528         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2529 }
2530
2531 /*
2532  * ######################################################################
2533  * ########  registered roots support
2534  * ######################################################################
2535  */
2536
2537 /*
2538  * We do not coalesce roots.
2539  */
2540 int
2541 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2542 {
2543         RootRecord new_root;
2544         int i;
2545         LOCK_GC;
2546         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2547                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2548                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2549                 if (root) {
2550                         size_t old_size = root->end_root - start;
2551                         root->end_root = start + size;
2552                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2553                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2554                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2555                         root->root_desc = descr;
2556                         roots_size += size;
2557                         roots_size -= old_size;
2558                         UNLOCK_GC;
2559                         return TRUE;
2560                 }
2561         }
2562
2563         new_root.end_root = start + size;
2564         new_root.root_desc = descr;
2565         new_root.source = source;
2566         new_root.msg = msg;
2567
2568         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2569         roots_size += size;
2570
2571         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);
2572
2573         UNLOCK_GC;
2574         return TRUE;
2575 }
2576
2577 void
2578 sgen_deregister_root (char* addr)
2579 {
2580         int root_type;
2581         RootRecord root;
2582
2583         LOCK_GC;
2584         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2585                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2586                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2587         }
2588         UNLOCK_GC;
2589 }
2590
2591 /*
2592  * ######################################################################
2593  * ########  Thread handling (stop/start code)
2594  * ######################################################################
2595  */
2596
2597 int
2598 sgen_get_current_collection_generation (void)
2599 {
2600         return current_collection_generation;
2601 }
2602
2603 void*
2604 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2605 {
2606         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2607
2608         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2609
2610         return info;
2611 }
2612
2613 void
2614 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2615 {
2616         sgen_client_thread_unregister (p);
2617 }
2618
2619 /*
2620  * ######################################################################
2621  * ########  Write barriers
2622  * ######################################################################
2623  */
2624
2625 /*
2626  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2627  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2628  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2629  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2630  */
2631
2632 void
2633 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2634 {
2635         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2636         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2637         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2638                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2639                 return;
2640         }
2641
2642 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2643         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2644                 int i;
2645                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2646                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2647                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2648                         if (obj)
2649                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2650                 }
2651         }
2652 #endif
2653
2654         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2655 }
2656
2657 void
2658 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2659 {
2660         gpointer obj;
2661
2662         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2663
2664         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2665
2666         obj = *(gpointer*)ptr;
2667         if (obj)
2668                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2669
2670         /*
2671          * We need to record old->old pointer locations for the
2672          * concurrent collector.
2673          */
2674         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2675                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2676                 return;
2677         }
2678
2679         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2680
2681         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2682 }
2683
2684 void
2685 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2686 {
2687         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2688         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2689         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2690                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2691         sgen_dummy_use (value);
2692 }
2693
2694 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2695  * as an atomic operation with release semantics.
2696  */
2697 void
2698 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2699 {
2700         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2701
2702         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2703
2704         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2705
2706         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2707                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2708
2709         sgen_dummy_use (value);
2710 }
2711
2712 void
2713 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2714 {
2715         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2716         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2717
2718         while (size) {
2719                 if (bitmap & 0x1)
2720                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2721                 else
2722                         *dest = *src;
2723                 ++src;
2724                 ++dest;
2725                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2726                 bitmap >>= 1;
2727         }
2728 }
2729
2730 /*
2731  * ######################################################################
2732  * ########  Other mono public interface functions.
2733  * ######################################################################
2734  */
2735
2736 void
2737 sgen_gc_collect (int generation)
2738 {
2739         LOCK_GC;
2740         if (generation > 1)
2741                 generation = 1;
2742         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2743         UNLOCK_GC;
2744 }
2745
2746 int
2747 sgen_gc_collection_count (int generation)
2748 {
2749         if (generation == 0)
2750                 return gc_stats.minor_gc_count;
2751         return gc_stats.major_gc_count;
2752 }
2753
2754 size_t
2755 sgen_gc_get_used_size (void)
2756 {
2757         gint64 tot = 0;
2758         LOCK_GC;
2759         tot = los_memory_usage;
2760         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2761         tot += major_collector.get_used_size ();
2762         /* FIXME: account for pinned objects */
2763         UNLOCK_GC;
2764         return tot;
2765 }
2766
2767 void
2768 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2769 {
2770         va_list ap;
2771
2772         va_start (ap, description_format);
2773
2774         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2775         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2776         if (fallback)
2777                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2778         fprintf (stderr, "\n");
2779
2780         va_end (ap);
2781 }
2782
2783 static gboolean
2784 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2785 {
2786         char *endptr;
2787         double val = strtod (opt, &endptr);
2788         if (endptr == opt) {
2789                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2790                 return FALSE;
2791         }
2792         else if (val < min || val > max) {
2793                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2794                 return FALSE;
2795         }
2796         *result = val;
2797         return TRUE;
2798 }
2799
2800 void
2801 sgen_gc_init (void)
2802 {
2803         const char *env;
2804         char **opts, **ptr;
2805         char *major_collector_opt = NULL;
2806         char *minor_collector_opt = NULL;
2807         char *params_opts = NULL;
2808         char *debug_opts = NULL;
2809         size_t max_heap = 0;
2810         size_t soft_limit = 0;
2811         int result;
2812         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2813         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2814         gboolean cement_enabled = TRUE;
2815
2816         do {
2817                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2818                 switch (result) {
2819                 case 1:
2820                         /* already inited */
2821                         return;
2822                 case -1:
2823                         /* being inited by another thread */
2824                         mono_thread_info_usleep (1000);
2825                         break;
2826                 case 0:
2827                         /* we will init it */
2828                         break;
2829                 default:
2830                         g_assert_not_reached ();
2831                 }
2832         } while (result != 0);
2833
2834         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2835
2836 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2837         mono_thread_smr_init ();
2838 #endif
2839
2840         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2841
2842         gc_debug_file = stderr;
2843
2844         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2845
2846         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME)) || gc_params_options) {
2847                 params_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_params_options ? gc_params_options : "", env ? env : "");
2848         }
2849
2850         if (params_opts) {
2851                 opts = g_strsplit (params_opts, ",", -1);
2852                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2853                         char *opt = *ptr;
2854                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2855                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2856                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2857                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2858                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2859                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2860                         }
2861                 }
2862         } else {
2863                 opts = NULL;
2864         }
2865
2866         init_stats ();
2867         sgen_init_internal_allocator ();
2868         sgen_init_nursery_allocator ();
2869         sgen_init_fin_weak_hash ();
2870         sgen_init_hash_table ();
2871         sgen_init_descriptors ();
2872         sgen_init_gray_queues ();
2873         sgen_init_allocator ();
2874         sgen_init_gchandles ();
2875
2876         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2877         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2878
2879         sgen_client_init ();
2880
2881         if (!minor_collector_opt) {
2882                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2883         } else {
2884                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2885                 use_simple_nursery:
2886                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2887                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2888                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2889                 } else {
2890                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2891                         goto use_simple_nursery;
2892                 }
2893         }
2894
2895         if (!major_collector_opt) {
2896         use_default_major:
2897                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2898         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2899                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2900         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2901                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2902         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc-par")) {
2903                 sgen_marksweep_conc_par_init (&major_collector);
2904         } else {
2905                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2906                 goto use_default_major;
2907         }
2908
2909         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2910
2911         if (opts) {
2912                 gboolean usage_printed = FALSE;
2913
2914                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2915                         char *opt = *ptr;
2916                         if (!strcmp (opt, ""))
2917                                 continue;
2918                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2919                                 continue;
2920                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2921                                 continue;
2922                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2923                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2924                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2925                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2926                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2927                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2928                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2929                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2930                                 } else {
2931                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2932                                 }
2933                                 continue;
2934                         }
2935                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2936                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2937                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2938                                         if (soft_limit <= 0) {
2939                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2940                                                 soft_limit = 0;
2941                                         }
2942                                 } else {
2943                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2944                                 }
2945                                 continue;
2946                         }
2947
2948 #ifdef USER_CONFIG
2949                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2950                                 size_t val;
2951                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2952                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2953                                         if ((val & (val - 1))) {
2954                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2955                                                 continue;
2956                                         }
2957
2958                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2959                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2960                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2961                                                 continue;
2962                                         }
2963
2964                                         sgen_nursery_size = val;
2965                                         sgen_nursery_bits = 0;
2966                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2967                                                 ;
2968                                 } else {
2969                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2970                                         continue;
2971                                 }
2972                                 continue;
2973                         }
2974 #endif
2975                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2976                                 double val;
2977                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2978                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2979                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2980                                         save_target = val;
2981                                 }
2982                                 continue;
2983                         }
2984                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2985                                 double val;
2986                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2987                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2988                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
2989                                         allowance_ratio = val;
2990                                 }
2991                                 continue;
2992                         }
2993
2994                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
2995                                 cement_enabled = TRUE;
2996                                 continue;
2997                         }
2998                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
2999                                 cement_enabled = FALSE;
3000                                 continue;
3001                         }
3002
3003                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
3004                                 precleaning_enabled = TRUE;
3005                                 continue;
3006                         }
3007                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
3008                                 precleaning_enabled = FALSE;
3009                                 continue;
3010                         }
3011
3012                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
3013                                 continue;
3014
3015                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
3016                                 continue;
3017
3018                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
3019                                 continue;
3020
3021                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3022
3023                         if (usage_printed)
3024                                 continue;
3025
3026                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
3027                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3028                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3029                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3030                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
3031                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
3032                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
3033                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
3034                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
3035                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
3036                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
3037                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
3038                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
3039                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
3040                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
3041                         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);
3042                         fprintf (stderr, "\n");
3043
3044                         usage_printed = TRUE;
3045                 }
3046                 g_strfreev (opts);
3047         }
3048
3049         if (major_collector_opt)
3050                 g_free (major_collector_opt);
3051
3052         if (minor_collector_opt)
3053                 g_free (minor_collector_opt);
3054
3055         if (params_opts)
3056                 g_free (params_opts);
3057
3058         alloc_nursery ();
3059
3060         sgen_pinning_init ();
3061         sgen_cement_init (cement_enabled);
3062
3063         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME)) || gc_debug_options) {
3064                 debug_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_debug_options ? gc_debug_options  : "", env ? env : "");
3065         }
3066
3067         if (debug_opts) {
3068                 gboolean usage_printed = FALSE;
3069
3070                 opts = g_strsplit (debug_opts, ",", -1);
3071                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
3072                         char *opt = *ptr;
3073                         if (!strcmp (opt, ""))
3074                                 continue;
3075                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3076                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3077                                 opt++;
3078                                 if (opt [0] == ':')
3079                                         opt++;
3080                                 if (opt [0]) {
3081                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3082                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3083                                         if (!gc_debug_file)
3084                                                 gc_debug_file = stderr;
3085                                         g_free (rf);
3086                                 }
3087                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3088                                 debug_print_allowance = TRUE;
3089                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3090                                 sgen_pin_stats_enable ();
3091                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3092                                 verify_before_allocs = 1;
3093                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3094                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3095                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3096                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3097                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3098                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3099                                 collect_before_allocs = 1;
3100                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3101                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3102                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3103                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3104                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3105                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3106                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3107                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3108                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3109                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3110                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3111                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3112                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3113                                         continue;
3114                                 }
3115                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3116                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3117                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3118                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3119                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3120                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3121                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3122                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3123                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3124                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3125                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3126                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3127                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3128                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3129                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3130                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3131                                 do_verify_nursery = TRUE;
3132                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3133                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3134                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3135                                         continue;
3136                                 }
3137                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3138                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3139                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3140                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3141                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3142                                 disable_minor_collections = TRUE;
3143                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3144                                 disable_major_collections = TRUE;
3145                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3146                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3147                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3148                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3149                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3150                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3151                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3152                                 size_t limit = 0;
3153                                 if (colon) {
3154                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3155                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3156                                                 limit = -1;
3157                                         }
3158                                         *colon = '\0';
3159                                 }
3160                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3161                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3162                                 do_verify_nursery = TRUE;
3163                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3164                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3165                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3166
3167                                 if (usage_printed)
3168                                         continue;
3169
3170                                 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);
3171                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3172                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3173                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3174                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3175                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3176                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3177                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3178                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3179                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3180                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3181                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3182                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3183                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3184                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3185                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3186                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3187                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3188                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3189                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3190                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3191                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3192                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3193                                 fprintf (stderr, "\n");
3194
3195                                 usage_printed = TRUE;
3196                         }
3197                 }
3198                 g_strfreev (opts);
3199         }
3200
3201         if (debug_opts)
3202                 g_free (debug_opts);
3203
3204         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3205                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3206
3207         if (major_collector.post_param_init)
3208                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3209
3210         if (major_collector.needs_thread_pool) {
3211                 int num_workers = 1;
3212                 if (major_collector.is_parallel) {
3213                         /* FIXME Detect the number of physical cores, instead of logical */
3214                         num_workers = mono_cpu_count () / 2;
3215                         if (num_workers < 1)
3216                                 num_workers = 1;
3217                 }
3218                 sgen_workers_init (num_workers);
3219         }
3220
3221         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3222
3223         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3224
3225         sgen_card_table_init (&remset);
3226
3227         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");
3228
3229         gc_initialized = 1;
3230
3231         sgen_init_bridge ();
3232 }
3233
3234 gboolean
3235 sgen_gc_initialized ()
3236 {
3237         return gc_initialized > 0;
3238 }
3239
3240 NurseryClearPolicy
3241 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3242 {
3243         return nursery_clear_policy;
3244 }
3245
3246 void
3247 sgen_gc_lock (void)
3248 {
3249         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3250 }
3251
3252 void
3253 sgen_gc_unlock (void)
3254 {
3255         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3256 }
3257
3258 void
3259 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3260 {
3261         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3262 }
3263
3264 void
3265 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3266 {
3267         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3268 }
3269
3270 SgenMajorCollector*
3271 sgen_get_major_collector (void)
3272 {
3273         return &major_collector;
3274 }
3275
3276 SgenRememberedSet*
3277 sgen_get_remset (void)
3278 {
3279         return &remset;
3280 }
3281
3282 static void
3283 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3284 {
3285         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3286         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3287 }
3288
3289 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3290
3291 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3292 void
3293 sgen_stop_world (int generation)
3294 {
3295         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3296
3297         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3298
3299         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3300
3301         sgen_client_stop_world (generation);
3302
3303         world_is_stopped = TRUE;
3304
3305         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3306                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3307         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3308 }
3309
3310 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3311 void
3312 sgen_restart_world (int generation)
3313 {
3314         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3315         gint64 stw_time;
3316
3317         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3318
3319         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3320                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3321         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3322
3323         world_is_stopped = FALSE;
3324
3325         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3326
3327         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3328
3329         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3330                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3331
3332         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3333 }
3334
3335 gboolean
3336 sgen_is_world_stopped (void)
3337 {
3338         return world_is_stopped;
3339 }
3340
3341 void
3342 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3343 {
3344         sgen_stop_world (0);
3345         sgen_clear_nursery_fragments ();
3346         sgen_check_whole_heap (TRUE);
3347         sgen_restart_world (0);
3348 }
3349
3350 gint64
3351 sgen_timestamp (void)
3352 {
3353         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3354         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3355         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3356 }
3357
3358 #endif /* HAVE_SGEN_GC */