[sgen] Use parallel workers when finishing concurrent collections
[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_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_workers_take_from_queue (queue);
432 }
433
434 void
435 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
436 {
437         while (start < end) {
438                 size_t size;
439                 char *obj;
440
441                 if (!*(void**)start) {
442                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
443                         continue;
444                 }
445
446                 if (allow_flags) {
447                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
448                                 obj = start;
449                 } else {
450                         obj = start;
451                 }
452
453                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
454                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
455                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
456                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
457                         CANARIFY_SIZE (size);
458                 } else {
459                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
460                 }
461
462                 start += size;
463         }
464 }
465
466 /*
467  * sgen_add_to_global_remset:
468  *
469  *   The global remset contains locations which point into newspace after
470  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
471  *
472  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
473  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
474  */
475 void
476 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
477 {
478         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
479
480         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
481
482         if (!major_collector.is_concurrent) {
483                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
484         } else {
485                 if (current_collection_generation == -1)
486                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
487         }
488
489         if (!object_is_pinned (obj))
490                 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");
491         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
492                 return;
493
494         remset.record_pointer (ptr);
495
496         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
497
498         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
499         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
500 }
501
502 /*
503  * sgen_drain_gray_stack:
504  *
505  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
506  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
507  * usage.
508  *
509  */
510 gboolean
511 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
512 {
513         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
514         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
515
516         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
517                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
518
519         for (;;) {
520                 GCObject *obj;
521                 SgenDescriptor desc;
522                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
523                 if (!obj)
524                         return TRUE;
525                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
526                 scan_func (obj, desc, queue);
527         }
528         return FALSE;
529 }
530
531 /*
532  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
533  * the object header for each address and pins the object. The
534  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
535  * address array is overwritten with the addresses of the actually
536  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
537  */
538 static int
539 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
540 {
541         GCMemSection *section = nursery_section;
542         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
543         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
544         void *start_nursery = section->data;
545         void *end_nursery = section->next_data;
546         void *last = NULL;
547         int count = 0;
548         void *search_start;
549         void *addr;
550         void *pinning_front = start_nursery;
551         size_t idx;
552         void **definitely_pinned = start;
553         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
554         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
555
556         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
557
558         while (start < end) {
559                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
560                 size_t obj_to_pin_size = 0;
561                 SgenDescriptor desc;
562
563                 addr = *start;
564
565                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
566                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
567
568                 if (addr == last) {
569                         ++start;
570                         continue;
571                 }
572
573                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
574                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
575                 if (addr < pinning_front) {
576                         start++;
577                         continue;
578                 }
579
580                 /*
581                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
582                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
583                  * start at start_nursery.
584                  */
585                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
586                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
587                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
588                 if (!search_start || search_start > addr) {
589                         while (idx) {
590                                 --idx;
591                                 search_start = section->scan_starts [idx];
592                                 if (search_start && search_start <= addr)
593                                         break;
594                         }
595                         if (!search_start || search_start > addr)
596                                 search_start = start_nursery;
597                 }
598
599                 /*
600                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
601                  * searching at the front.
602                  */
603                 if (search_start < pinning_front)
604                         search_start = pinning_front;
605
606                 /*
607                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
608                  *
609                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
610                  */
611                 do {
612                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
613
614                         /* Skip zeros. */
615                         if (!*(void**)search_start) {
616                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
617                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
618                                 continue;
619                         }
620
621                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
622
623                         /*
624                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
625                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
626                          * either.
627                          */
628                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
629                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
630                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
631
632                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
633                                         /* This is the object we're looking for. */
634                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
635                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
636                                         break;
637                                 }
638                         }
639
640                         /* Skip to the next object */
641                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
642                 } while (search_start <= addr);
643
644                 /* We've searched past the address we were looking for. */
645                 if (!obj_to_pin) {
646                         pinning_front = search_start;
647                         goto next_pin_queue_entry;
648                 }
649
650                 /*
651                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
652                  * can advance the pinning front in any case.
653                  */
654                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
655
656                 /*
657                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
658                  * fragment, we don't pin it.
659                  */
660                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
661                         goto next_pin_queue_entry;
662
663                 /*
664                  * Finally - pin the object!
665                  */
666                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
667                 if (do_scan_objects) {
668                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
669                 } else {
670                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
671                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
672                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
673                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
674                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
675
676                         pin_object (obj_to_pin);
677                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
678                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
679                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
680                         count++;
681                 }
682                 if (concurrent_collection_in_progress)
683                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
684
685         next_pin_queue_entry:
686                 last = addr;
687                 ++start;
688         }
689         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
690         stat_pinned_objects += count;
691         return count;
692 }
693
694 static void
695 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
696 {
697         size_t reduced_to;
698
699         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
700                 return;
701
702         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
703         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
704 }
705
706 /*
707  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
708  * when we can't promote an object because we're out of memory.
709  */
710 void
711 sgen_pin_object (GCObject *object, SgenGrayQueue *queue)
712 {
713         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
714
715         /*
716          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
717          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
718          */
719         sgen_pin_stage_ptr (object);
720
721         SGEN_PIN_OBJECT (object);
722         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
723
724         ++objects_pinned;
725         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
726
727         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
728 }
729
730 /* Sort the addresses in array in increasing order.
731  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
732  */
733 void
734 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
735 {
736         size_t i;
737         void *tmp;
738
739         for (i = 1; i < size; ++i) {
740                 size_t child = i;
741                 while (child > 0) {
742                         size_t parent = (child - 1) / 2;
743
744                         if (array [parent] >= array [child])
745                                 break;
746
747                         tmp = array [parent];
748                         array [parent] = array [child];
749                         array [child] = tmp;
750
751                         child = parent;
752                 }
753         }
754
755         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
756                 size_t end, root;
757                 tmp = array [i];
758                 array [i] = array [0];
759                 array [0] = tmp;
760
761                 end = i - 1;
762                 root = 0;
763
764                 while (root * 2 + 1 <= end) {
765                         size_t child = root * 2 + 1;
766
767                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
768                                 ++child;
769                         if (array [root] >= array [child])
770                                 break;
771
772                         tmp = array [root];
773                         array [root] = array [child];
774                         array [child] = tmp;
775
776                         root = child;
777                 }
778         }
779 }
780
781 /* 
782  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
783  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
784  * Typically used for thread stacks.
785  */
786 void
787 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
788 {
789         int count = 0;
790
791         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
792
793 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
794         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
795 #endif
796
797         while (start < end) {
798                 /*
799                  * *start can point to the middle of an object
800                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
801                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
802                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
803                  * may keep the only reference to an object by pointing
804                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
805                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
806                  * from pointers to the start of the next object in memory
807                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
808                  * We queue the pointer in an array, the
809                  * array will then be sorted and uniqued. This way
810                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
811                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
812                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
813                  * alignment, so the unique process is more effective.
814                  */
815                 mword addr = (mword)*start;
816                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
817                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
818                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
819                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
820                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
821                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
822                         count++;
823                 }
824                 start++;
825         }
826         if (count)
827                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
828 }
829
830 /*
831  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
832  * This function considers all the areas of memory that need to be
833  * conservatively scanned.
834  */
835 static void
836 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
837 {
838         void **start_root;
839         RootRecord *root;
840         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);
841         /* objects pinned from the API are inside these roots */
842         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
843                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
844                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
845         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
846         /* now deal with the thread stacks
847          * in the future we should be able to conservatively scan only:
848          * *) the cpu registers
849          * *) the unmanaged stack frames
850          * *) the _last_ managed stack frame
851          * *) pointers slots in managed frames
852          */
853         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
854 }
855
856 static void
857 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
858 {
859         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
860         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
861 }
862
863 /*
864  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
865  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
866  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
867  * This functions copies them to to_space updates them.
868  *
869  * This function is not thread-safe!
870  */
871 static void
872 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
873 {
874         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
875         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
876
877         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
878         case ROOT_DESC_BITMAP:
879                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
880                 while (desc) {
881                         if ((desc & 1) && *start_root) {
882                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
883                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
884                         }
885                         desc >>= 1;
886                         start_root++;
887                 }
888                 return;
889         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
890                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
891                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
892                 void **start_run = start_root;
893                 bitmap_data++;
894                 while (bwords-- > 0) {
895                         gsize bmap = *bitmap_data++;
896                         void **objptr = start_run;
897                         while (bmap) {
898                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
899                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
900                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
901                                 }
902                                 bmap >>= 1;
903                                 ++objptr;
904                         }
905                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
906                 }
907                 break;
908         }
909         case ROOT_DESC_USER: {
910                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
911                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
912                 break;
913         }
914         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
915                 g_assert_not_reached ();
916         default:
917                 g_assert_not_reached ();
918         }
919 }
920
921 static void
922 reset_heap_boundaries (void)
923 {
924         lowest_heap_address = ~(mword)0;
925         highest_heap_address = 0;
926 }
927
928 void
929 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
930 {
931         mword old;
932
933         do {
934                 old = lowest_heap_address;
935                 if (low >= old)
936                         break;
937         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
938
939         do {
940                 old = highest_heap_address;
941                 if (high <= old)
942                         break;
943         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
944 }
945
946 /*
947  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
948  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
949  */
950 static void
951 alloc_nursery (void)
952 {
953         GCMemSection *section;
954         char *data;
955         size_t scan_starts;
956         size_t alloc_size;
957
958         if (nursery_section)
959                 return;
960         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
961         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
962          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
963          * objects in the existing nursery.
964          */
965         /* FIXME: handle OOM */
966         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
967
968         alloc_size = sgen_nursery_size;
969
970         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
971         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
972
973         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
974         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
975         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 ());
976         section->data = section->next_data = data;
977         section->size = alloc_size;
978         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
979         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
980         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
981         section->num_scan_start = scan_starts;
982
983         nursery_section = section;
984
985         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
986 }
987
988 FILE *
989 mono_gc_get_logfile (void)
990 {
991         return gc_debug_file;
992 }
993
994 void
995 mono_gc_params_set (const char* options)
996 {
997         if (gc_params_options)
998                 g_free (gc_params_options);
999
1000         gc_params_options = g_strdup (options);
1001 }
1002
1003 void
1004 mono_gc_debug_set (const char* options)
1005 {
1006         if (gc_debug_options)
1007                 g_free (gc_debug_options);
1008
1009         gc_debug_options = g_strdup (options);
1010 }
1011
1012 static void
1013 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1014 {
1015         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1016         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1017         size_t i;
1018
1019         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1020                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1021                 if (!obj)
1022                         continue;
1023                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1024                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1025         }
1026 }
1027
1028 static const char*
1029 generation_name (int generation)
1030 {
1031         switch (generation) {
1032         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1033         case GENERATION_OLD: return "old";
1034         default: g_assert_not_reached ();
1035         }
1036 }
1037
1038 const char*
1039 sgen_generation_name (int generation)
1040 {
1041         return generation_name (generation);
1042 }
1043
1044 static void
1045 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1046 {
1047         TV_DECLARE (atv);
1048         TV_DECLARE (btv);
1049         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1050         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1051         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1052         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1053
1054         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1055         /*
1056          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1057          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1058          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1059          * additional roots and we may add more items as we go.
1060          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1061          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1062          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1063          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1064          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1065          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1066          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1067          */
1068         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1069         TV_GETTIME (atv);
1070         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1071
1072         /*
1073         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1074         collection trigged by minor overflow.
1075
1076         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1077         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1078         */
1079         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1080                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1081
1082         /*
1083          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1084          * to ensure they see the full set of live objects.
1085          */
1086         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1087
1088         /*
1089          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1090          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1091          * objects that are in fact reachable.
1092          */
1093         done_with_ephemerons = 0;
1094         do {
1095                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1096                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1097                 ++ephemeron_rounds;
1098         } while (!done_with_ephemerons);
1099
1100         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1101                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1102                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1103                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1104                 if (generation == GENERATION_OLD)
1105                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1106
1107                 /*
1108                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1109
1110                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1111                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1112
1113                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1114
1115                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1116                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1117                 be a big deal.
1118                 */
1119                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1120         }
1121
1122         /*
1123         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1124         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1125         */
1126         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1127
1128         /*
1129         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1130         finalization so they can be cleared before that.
1131         */
1132         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1133         if (generation == GENERATION_OLD)
1134                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1135
1136
1137         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1138          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1139          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1140          * are marked/copied.
1141          */
1142         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1143         if (generation == GENERATION_OLD)
1144                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1145         /* drain the new stack that might have been created */
1146         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1147         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1148
1149         /*
1150          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1151          */
1152         done_with_ephemerons = 0;
1153         do {
1154                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1155                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1156                 ++ephemeron_rounds;
1157         } while (!done_with_ephemerons);
1158
1159         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1160
1161         /*
1162          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1163          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1164          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1165         */
1166         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1167
1168         TV_GETTIME (btv);
1169         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);
1170
1171         /*
1172          * handle disappearing links
1173          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1174          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1175          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1176          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1177          * called.
1178          */
1179         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1180         for (;;) {
1181                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1182                 if (generation == GENERATION_OLD)
1183                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1184                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1185                         break;
1186                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1187         }
1188
1189         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1190
1191         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1192 }
1193
1194 void
1195 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1196 {
1197         size_t i;
1198         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1199                 if (section->scan_starts [i]) {
1200                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1201                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1202                 }
1203         }
1204 }
1205
1206 static void
1207 check_scan_starts (void)
1208 {
1209         if (!do_scan_starts_check)
1210                 return;
1211         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1212         major_collector.check_scan_starts ();
1213 }
1214
1215 static void
1216 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1217 {
1218         void **start_root;
1219         RootRecord *root;
1220         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1221                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1222                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1223         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1224 }
1225
1226 static void
1227 init_stats (void)
1228 {
1229         static gboolean inited = FALSE;
1230
1231         if (inited)
1232                 return;
1233
1234         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1235
1236         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1237         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1238         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1239         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1240         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1241         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1242
1243         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1244         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1245         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1246         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1247         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1248         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1249         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1250         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1251         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1252         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1253
1254         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1255
1256 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1257         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1258         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1259         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1260         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1261         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1262
1263         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1264         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1265
1266         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1267         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1268         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1269         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1270
1271         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1272         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1273
1274         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1275
1276         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1277         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1278         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1279         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1280
1281         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1282 #endif
1283
1284         inited = TRUE;
1285 }
1286
1287
1288 static void
1289 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1290 {
1291         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1292 }
1293
1294 void
1295 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1296 {
1297         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1298 }
1299
1300 gboolean
1301 sgen_collection_is_concurrent (void)
1302 {
1303         switch (current_collection_generation) {
1304         case GENERATION_NURSERY:
1305                 return FALSE;
1306         case GENERATION_OLD:
1307                 return concurrent_collection_in_progress;
1308         default:
1309                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1310         }
1311         return FALSE;
1312 }
1313
1314 gboolean
1315 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1316 {
1317         return concurrent_collection_in_progress;
1318 }
1319
1320 typedef struct {
1321         SgenThreadPoolJob job;
1322         SgenObjectOperations *ops;
1323         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1324 } ScanJob;
1325
1326 typedef struct {
1327         ScanJob scan_job;
1328         int job_index;
1329 } ParallelScanJob;
1330
1331 static ScanCopyContext
1332 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1333 {
1334         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1335
1336         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1337 }
1338
1339 static void
1340 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1341 {
1342         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1343 }
1344
1345 typedef struct {
1346         ScanJob scan_job;
1347         char *heap_start;
1348         char *heap_end;
1349         int root_type;
1350 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1351
1352 static void
1353 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1354 {
1355         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1356         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1357
1358         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1359 }
1360
1361 typedef struct {
1362         ScanJob scan_job;
1363         char *heap_start;
1364         char *heap_end;
1365 } ScanThreadDataJob;
1366
1367 static void
1368 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1369 {
1370         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1371         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1372
1373         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1374 }
1375
1376 typedef struct {
1377         ScanJob scan_job;
1378         SgenPointerQueue *queue;
1379 } ScanFinalizerEntriesJob;
1380
1381 static void
1382 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1383 {
1384         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1385         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1386
1387         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1388 }
1389
1390 static void
1391 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1392 {
1393         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1394         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1395
1396         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1397         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx, 0, 1);
1398 }
1399
1400 static void
1401 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1402 {
1403         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1404         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1405
1406         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1407         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx, 0, 1);
1408 }
1409
1410 static void
1411 job_major_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1412 {
1413         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1414         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1415
1416         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1417
1418         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1419 }
1420
1421 static void
1422 job_los_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1423 {
1424         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1425         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1426
1427         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1428
1429         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1430 }
1431
1432 static void
1433 job_scan_last_pinned (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1434 {
1435         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1436         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1437
1438         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1439
1440         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1441 }
1442
1443 static void
1444 workers_finish_callback (void)
1445 {
1446         ParallelScanJob *psj;
1447         ScanJob *sj;
1448         int split_count = sgen_workers_get_job_split_count ();
1449         int i;
1450         /* Mod union preclean jobs */
1451         for (i = 0; i < split_count; i++) {
1452                 psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean major mod union cardtable", job_major_mod_union_preclean, sizeof (ParallelScanJob));
1453                 psj->scan_job.ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1454                 psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1455                 psj->job_index = i;
1456                 sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1457         }
1458
1459         for (i = 0; i < split_count; i++) {
1460                 psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean los mod union cardtable", job_los_mod_union_preclean, sizeof (ParallelScanJob));
1461                 psj->scan_job.ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1462                 psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1463                 psj->job_index = i;
1464                 sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1465         }
1466
1467         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan last pinned", job_scan_last_pinned, sizeof (ScanJob));
1468         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1469         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1470         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1471 }
1472
1473 static void
1474 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1475 {
1476         if (use_workers)
1477                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1478         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1479 }
1480
1481 static void
1482 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1483 {
1484         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1485         ScanThreadDataJob *stdj;
1486         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1487
1488         /* registered roots, this includes static fields */
1489
1490         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1491         scrrj->scan_job.ops = ops;
1492         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1493         scrrj->heap_start = heap_start;
1494         scrrj->heap_end = heap_end;
1495         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1496         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1497
1498         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1499         scrrj->scan_job.ops = ops;
1500         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1501         scrrj->heap_start = heap_start;
1502         scrrj->heap_end = heap_end;
1503         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1504         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1505
1506         /* Threads */
1507
1508         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1509         stdj->scan_job.ops = ops;
1510         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1511         stdj->heap_start = heap_start;
1512         stdj->heap_end = heap_end;
1513         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1514
1515         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1516
1517         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1518         sfej->scan_job.ops = ops;
1519         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1520         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1521         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1522
1523         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1524         sfej->scan_job.ops = ops;
1525         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1526         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1527         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Perform a nursery collection.
1532  *
1533  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1534  */
1535 static gboolean
1536 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue)
1537 {
1538         gboolean needs_major;
1539         size_t max_garbage_amount;
1540         char *nursery_next;
1541         mword fragment_total;
1542         ScanJob *sj;
1543         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1544         SgenObjectOperations *object_ops;
1545         ScanCopyContext ctx;
1546         TV_DECLARE (atv);
1547         TV_DECLARE (btv);
1548         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
1549         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
1550
1551         if (disable_minor_collections)
1552                 return TRUE;
1553
1554         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1555         atv = last_minor_collection_start_tv;
1556
1557         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1558
1559         if (sgen_concurrent_collection_in_progress ())
1560                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops_with_concurrent_major;
1561         else
1562                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1563
1564         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1565                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1566
1567         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1568
1569         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1570
1571         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1572
1573         check_scan_starts ();
1574
1575         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1576
1577         degraded_mode = 0;
1578         objects_pinned = 0;
1579         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1580         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1581         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1582
1583         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 ()));
1584         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1585         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1586
1587         /* world must be stopped already */
1588         TV_GETTIME (btv);
1589         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1590
1591         sgen_client_pre_collection_checks ();
1592
1593         nursery_section->next_data = nursery_next;
1594
1595         major_collector.start_nursery_collection ();
1596
1597         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1598
1599         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1600         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1601
1602         gc_stats.minor_gc_count ++;
1603
1604         sgen_process_fin_stage_entries ();
1605
1606         /* pin from pinned handles */
1607         sgen_init_pinning ();
1608         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1609         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1610         /* pin cemented objects */
1611         sgen_pin_cemented_objects ();
1612         /* identify pinned objects */
1613         sgen_optimize_pin_queue ();
1614         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1615
1616         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1617         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1618
1619         if (remset_consistency_checks)
1620                 sgen_check_remset_consistency ();
1621
1622         if (whole_heap_check_before_collection) {
1623                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1624                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1625         }
1626
1627         TV_GETTIME (atv);
1628         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1629         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1630         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1631
1632         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1633         sj->ops = object_ops;
1634         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1635         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1636
1637         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1638         TV_GETTIME (btv);
1639         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1640         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1641
1642         sgen_pin_stats_report ();
1643
1644         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1645         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1646
1647         TV_GETTIME (atv);
1648         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1649
1650         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1651
1652         TV_GETTIME (btv);
1653         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1654
1655         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1656
1657         TV_GETTIME (atv);
1658         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1659         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1660
1661         if (objects_pinned) {
1662                 sgen_optimize_pin_queue ();
1663                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1664         }
1665
1666         /*
1667          * This is the latest point at which we can do this check, because
1668          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1669          */
1670         if (remset_consistency_checks)
1671                 sgen_check_remset_consistency ();
1672
1673         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1674          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1675          * next allocations.
1676          */
1677         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1678         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1679         if (!fragment_total)
1680                 degraded_mode = 1;
1681
1682         /* Clear TLABs for all threads */
1683         sgen_clear_tlabs ();
1684
1685         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1686         TV_GETTIME (btv);
1687         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1688         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1689
1690         if (remset_consistency_checks)
1691                 sgen_check_major_refs ();
1692
1693         major_collector.finish_nursery_collection ();
1694
1695         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1696         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1697
1698         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1699
1700         /* prepare the pin queue for the next collection */
1701         sgen_finish_pinning ();
1702         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1703                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1704                 sgen_client_finalize_notify ();
1705         }
1706         sgen_pin_stats_reset ();
1707         /* clear cemented hash */
1708         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1709
1710         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1711
1712         remset.finish_minor_collection ();
1713
1714         check_scan_starts ();
1715
1716         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1717
1718         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1719
1720         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1721         needs_major = objects_pinned > 0;
1722         current_collection_generation = -1;
1723         objects_pinned = 0;
1724
1725         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1726
1727         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1728                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1729
1730         return needs_major;
1731 }
1732
1733 typedef enum {
1734         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1735         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1736         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1737 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1738
1739 static void
1740 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops, SgenObjectOperations *worker_object_ops)
1741 {
1742         LOSObject *bigobj;
1743         TV_DECLARE (atv);
1744         TV_DECLARE (btv);
1745         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1746          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1747          */
1748         char *heap_start = NULL;
1749         char *heap_end = (char*)-1;
1750         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1751         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1752
1753         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1754
1755         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1756                 /*This cleans up unused fragments */
1757                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1758
1759                 if (do_concurrent_checks)
1760                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1761         } else {
1762                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1763                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1764         }
1765
1766         TV_GETTIME (atv);
1767
1768         /* Pinning depends on this */
1769         sgen_clear_nursery_fragments ();
1770
1771         if (whole_heap_check_before_collection)
1772                 sgen_check_whole_heap (TRUE);
1773
1774         TV_GETTIME (btv);
1775         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1776
1777         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1778                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1779         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1780          * and deal with pointers outside of the sections later.
1781          */
1782
1783         objects_pinned = 0;
1784
1785         sgen_client_pre_collection_checks ();
1786
1787         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1788                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1789                 remset.clear_cards ();
1790         }
1791
1792         sgen_process_fin_stage_entries ();
1793
1794         TV_GETTIME (atv);
1795         sgen_init_pinning ();
1796         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1797         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1798         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1799                 /* Pin cemented objects that were forced */
1800                 sgen_pin_cemented_objects ();
1801         }
1802         sgen_optimize_pin_queue ();
1803         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1804                 /*
1805                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1806                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1807                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1808                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1809                  */
1810                 sgen_cement_force_pinned ();
1811         }
1812
1813         sgen_client_collecting_major_1 ();
1814
1815         /*
1816          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1817          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1818          * objects are pinned.
1819          *
1820          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1821          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1822          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1823          *
1824          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1825          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1826          */
1827         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1828         /* first pass for the sections */
1829         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1830         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1831         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1832         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1833                 size_t dummy;
1834                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1835                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1836
1837                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1838                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1839                                 continue;
1840                         }
1841                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1842                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1843                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1844                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1845                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1846                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1847                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1848
1849                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1850                 }
1851         }
1852
1853         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1854         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1855                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1856
1857         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1858         if (old_next_pin_slot)
1859                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1860
1861         TV_GETTIME (btv);
1862         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1863         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1864         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1865
1866         major_collector.init_to_space ();
1867
1868         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1869         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1870                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1871                         /*
1872                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1873                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1874                          */
1875                         sgen_workers_start_all_workers (worker_object_ops, NULL);
1876
1877                         sgen_workers_join ();
1878                 }
1879         }
1880
1881 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1882         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1883 #endif
1884
1885         sgen_client_collecting_major_2 ();
1886
1887         TV_GETTIME (atv);
1888         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1889
1890         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1891
1892         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1893
1894         TV_GETTIME (btv);
1895         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1896
1897         /*
1898          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1899          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1900          * the roots.
1901          */
1902         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1903                 gray_queue_redirect (gc_thread_gray_queue);
1904                 if (precleaning_enabled) {
1905                         sgen_workers_start_all_workers (worker_object_ops, workers_finish_callback);
1906                 } else {
1907                         sgen_workers_start_all_workers (worker_object_ops, NULL);
1908                 }
1909         }
1910
1911         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1912                 ScanJob *sj;
1913
1914                 gray_queue_redirect (gc_thread_gray_queue);
1915
1916                 /* Mod union card table */
1917                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1918                 sj->ops = worker_object_ops;
1919                 sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1920                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1921
1922                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1923                 sj->ops = worker_object_ops;
1924                 sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1925                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1926
1927                 /*
1928                  * If we enqueue a job while workers are running we need to sgen_workers_ensure_awake
1929                  * in order to make sure that we are running the idle func and draining all worker
1930                  * gray queues. The operation of starting workers implies this, so we start them after
1931                  * in order to avoid doing this operation twice. The workers will drain the main gray
1932                  * stack that contained roots and pinned objects and also scan the mod union card
1933                  * table.
1934                  */
1935                 sgen_workers_start_all_workers (worker_object_ops, NULL);
1936                 sgen_workers_join ();
1937         }
1938
1939         sgen_pin_stats_report ();
1940
1941         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1942                 sgen_finish_pinning ();
1943
1944                 sgen_pin_stats_reset ();
1945
1946                 if (do_concurrent_checks)
1947                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1948         }
1949 }
1950
1951 static void
1952 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1953 {
1954         SgenObjectOperations *object_ops;
1955
1956         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1957
1958         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1959
1960         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1961
1962         if (!concurrent)
1963                 sgen_cement_reset ();
1964
1965         if (concurrent) {
1966                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1967                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1968
1969                 if (major_collector.is_parallel)
1970                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_start;
1971                 else
1972                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1973
1974         } else {
1975                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1976         }
1977
1978         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1979
1980         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1981
1982         //count_ref_nonref_objs ();
1983         //consistency_check ();
1984
1985         check_scan_starts ();
1986
1987         degraded_mode = 0;
1988         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1989         gc_stats.major_gc_count ++;
1990
1991         if (major_collector.start_major_collection)
1992                 major_collector.start_major_collection ();
1993
1994         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, object_ops);
1995 }
1996
1997 static void
1998 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1999 {
2000         ScannedObjectCounts counts;
2001         SgenObjectOperations *object_ops;
2002         mword fragment_total;
2003         TV_DECLARE (atv);
2004         TV_DECLARE (btv);
2005
2006         TV_GETTIME (btv);
2007
2008         if (concurrent_collection_in_progress) {
2009                 SgenObjectOperations *worker_object_ops;
2010                 object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
2011                 if (major_collector.is_parallel)
2012                         worker_object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_finish;
2013                 else
2014                         worker_object_ops = object_ops;
2015
2016                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops, worker_object_ops);
2017
2018 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
2019                 main_gc_thread = NULL;
2020 #endif
2021         } else {
2022                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
2023         }
2024
2025         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2026
2027         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
2028         TV_GETTIME (atv);
2029         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
2030
2031         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
2032
2033         if (objects_pinned) {
2034                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
2035
2036                 /*
2037                  * This is slow, but we just OOM'd.
2038                  *
2039                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
2040                  * queue is laid out at this point.
2041                  */
2042                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
2043                 /*
2044                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
2045                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
2046                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
2047                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
2048                  * somewhere.
2049                  */
2050                 sgen_optimize_pin_queue ();
2051                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
2052                 objects_pinned = 0;
2053         }
2054
2055         reset_heap_boundaries ();
2056         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
2057
2058         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
2059          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
2060          * next allocations.
2061          */
2062         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
2063         if (!fragment_total)
2064                 degraded_mode = 1;
2065         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
2066
2067         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
2068                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
2069
2070         /* prepare the pin queue for the next collection */
2071         sgen_finish_pinning ();
2072
2073         /* Clear TLABs for all threads */
2074         sgen_clear_tlabs ();
2075
2076         sgen_pin_stats_reset ();
2077
2078         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2079
2080         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2081                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2082
2083         TV_GETTIME (btv);
2084         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2085
2086         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2087         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2088
2089         TV_GETTIME (atv);
2090         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2091
2092         sgen_los_sweep ();
2093
2094         TV_GETTIME (btv);
2095         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2096
2097         major_collector.sweep ();
2098
2099         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2100
2101         TV_GETTIME (atv);
2102         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2103
2104         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2105
2106         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2107                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2108                 sgen_client_finalize_notify ();
2109         }
2110
2111         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2112         current_collection_generation = -1;
2113
2114         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2115         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2116
2117         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2118
2119         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2120         if (concurrent_collection_in_progress)
2121                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2122
2123         check_scan_starts ();
2124
2125         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2126
2127         //consistency_check ();
2128
2129         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2130 }
2131
2132 static gboolean
2133 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2134 {
2135         TV_DECLARE (time_start);
2136         TV_DECLARE (time_end);
2137         size_t old_next_pin_slot;
2138         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2139
2140         if (disable_major_collections)
2141                 return FALSE;
2142
2143         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2144                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2145                 g_assert (!num_marked);
2146         }
2147
2148         /* world must be stopped already */
2149         TV_GETTIME (time_start);
2150
2151         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2152         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2153         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2154         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2155
2156         TV_GETTIME (time_end);
2157         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2158
2159         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2160         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2161                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2162
2163         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2164 }
2165
2166 static void
2167 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2168 {
2169         TV_DECLARE (time_start);
2170         TV_DECLARE (time_end);
2171         long long num_objects_marked;
2172         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2173
2174         if (disable_major_collections)
2175                 return;
2176
2177         TV_GETTIME (time_start);
2178         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2179
2180         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2181         g_assert (num_objects_marked == 0);
2182
2183         binary_protocol_concurrent_start ();
2184
2185         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2186         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2187         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2188         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2189
2190         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2191
2192         TV_GETTIME (time_end);
2193         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2194
2195         current_collection_generation = -1;
2196 }
2197
2198 /*
2199  * Returns whether the major collection has finished.
2200  */
2201 static gboolean
2202 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2203 {
2204         return sgen_workers_all_done ();
2205 }
2206
2207 static void
2208 major_update_concurrent_collection (void)
2209 {
2210         TV_DECLARE (total_start);
2211         TV_DECLARE (total_end);
2212
2213         TV_GETTIME (total_start);
2214
2215         binary_protocol_concurrent_update ();
2216
2217         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2218         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2219
2220         TV_GETTIME (total_end);
2221         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2222 }
2223
2224 static void
2225 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2226 {
2227         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2228         TV_DECLARE (total_start);
2229         TV_DECLARE (total_end);
2230
2231         TV_GETTIME (total_start);
2232
2233         binary_protocol_concurrent_finish ();
2234
2235         /*
2236          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2237          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2238          * additional cardtable and object scanning.
2239          */
2240         sgen_workers_stop_all_workers ();
2241
2242         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2243         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2244
2245         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2246         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2247
2248         if (mod_union_consistency_check)
2249                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2250
2251         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2252         sgen_cement_reset ();
2253         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2254         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2255         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2256
2257         TV_GETTIME (total_end);
2258         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2259
2260         current_collection_generation = -1;
2261 }
2262
2263 /*
2264  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2265  *
2266  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2267  */
2268 void
2269 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2270 {
2271         int generation_to_collect = -1;
2272         const char *reason = NULL;
2273
2274         if (generation == GENERATION_OLD) {
2275                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2276                         reason = "LOS overflow";
2277                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2278                 }
2279         } else {
2280                 if (degraded_mode) {
2281                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2282                                 reason = "Degraded mode overflow";
2283                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2284                         }
2285                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2286                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2287                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2288                 } else {
2289                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2290                         reason = "Nursery full";                        
2291                 }
2292         }
2293
2294         if (generation_to_collect == -1) {
2295                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2296                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2297                         reason = "Finish concurrent collection";
2298                 }
2299         }
2300
2301         if (generation_to_collect == -1)
2302                 return;
2303         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2304 }
2305
2306 /*
2307  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2308  */
2309 void
2310 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2311 {
2312         TV_DECLARE (gc_total_start);
2313         TV_DECLARE (gc_total_end);
2314         int overflow_generation_to_collect = -1;
2315         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2316         const char *overflow_reason = NULL;
2317         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2318
2319         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2320
2321         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2322
2323         if (stw)
2324                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2325         else
2326                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2327                 
2328
2329         TV_GETTIME (gc_total_start);
2330
2331         // FIXME: extract overflow reason
2332         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2333         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2334                 if (concurrent_collection_in_progress)
2335                         major_update_concurrent_collection ();
2336
2337                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL) && !concurrent_collection_in_progress) {
2338                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2339                         overflow_reason = "Minor overflow";
2340                 }
2341         } else if (finish_concurrent) {
2342                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2343                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2344         } else {
2345                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2346                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2347                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL);
2348                         major_start_concurrent_collection (reason);
2349                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2350                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2351                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2352                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2353                 }
2354         }
2355
2356         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2357                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2358
2359                 /*
2360                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2361                  * or the nursery is fully pinned.
2362                  */
2363
2364                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2365                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL);
2366                 else
2367                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2368
2369                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2370         }
2371
2372         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2373
2374         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2375         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2376                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2377                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2378                 sgen_dump_pin_queue ();
2379                 degraded_mode = 1;
2380         }
2381
2382         TV_GETTIME (gc_total_end);
2383         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2384
2385         if (stw)
2386                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2387 }
2388
2389 /*
2390  * ######################################################################
2391  * ########  Memory allocation from the OS
2392  * ######################################################################
2393  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2394  * allocating memory for GC-internal data structures.
2395  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2396  */
2397
2398 /*
2399  * Debug reporting.
2400  */
2401 G_GNUC_UNUSED static void
2402 report_internal_mem_usage (void)
2403 {
2404         printf ("Internal memory usage:\n");
2405         sgen_report_internal_mem_usage ();
2406         printf ("Pinned memory usage:\n");
2407         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2408 }
2409
2410 /*
2411  * ######################################################################
2412  * ########  Finalization support
2413  * ######################################################################
2414  */
2415
2416 /*
2417  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2418  * If it is pinned it's still alive as well.
2419  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2420  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2421  */
2422 static inline gboolean
2423 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2424 {
2425         if (ptr_in_nursery (object))
2426                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2427
2428         return sgen_major_is_object_alive (object);
2429 }
2430
2431 /*
2432  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2433  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2434  * are never alive during a minor collection.
2435  */
2436 static inline int
2437 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2438 {
2439         if (ptr_in_nursery (object))
2440                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2441
2442         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2443                 return FALSE;
2444
2445         return sgen_major_is_object_alive (object);
2446 }
2447
2448
2449 gboolean
2450 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2451 {
2452         return !sgen_is_object_alive (object);
2453 }
2454
2455 void
2456 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2457 {
2458         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2459
2460         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2461
2462         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2463 }
2464
2465 gboolean
2466 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2467 {
2468         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2469 }
2470
2471 /*
2472  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2473  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2474  * all finalizers have really finished running.
2475  *
2476  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2477  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2478  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2479  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2480  */
2481
2482 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2483 volatile gboolean sgen_suspend_finalizers = FALSE;
2484
2485 void
2486 sgen_set_suspend_finalizers (void)
2487 {
2488         sgen_suspend_finalizers = TRUE;
2489 }
2490
2491 int
2492 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2493 {
2494         int count = 0;
2495
2496         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2497
2498         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2499         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2500                 GCObject *obj;
2501
2502                 LOCK_GC;
2503
2504                 /*
2505                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2506                  * finalizable object.
2507                  */
2508                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2509                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2510                         mono_memory_write_barrier ();
2511                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2512                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2513                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2514                         mono_memory_write_barrier ();
2515                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2516                 } else {
2517                         obj = NULL;
2518                 }
2519
2520                 if (obj)
2521                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2522
2523                 UNLOCK_GC;
2524
2525                 if (!obj)
2526                         break;
2527
2528                 count++;
2529                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2530                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2531                 sgen_client_run_finalize (obj);
2532         }
2533
2534         if (pending_unqueued_finalizer) {
2535                 mono_memory_write_barrier ();
2536                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2537         }
2538
2539         return count;
2540 }
2541
2542 gboolean
2543 sgen_have_pending_finalizers (void)
2544 {
2545         if (sgen_suspend_finalizers)
2546                 return FALSE;
2547         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2548 }
2549
2550 /*
2551  * ######################################################################
2552  * ########  registered roots support
2553  * ######################################################################
2554  */
2555
2556 /*
2557  * We do not coalesce roots.
2558  */
2559 int
2560 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2561 {
2562         RootRecord new_root;
2563         int i;
2564         LOCK_GC;
2565         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2566                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2567                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2568                 if (root) {
2569                         size_t old_size = root->end_root - start;
2570                         root->end_root = start + size;
2571                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2572                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2573                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2574                         root->root_desc = descr;
2575                         roots_size += size;
2576                         roots_size -= old_size;
2577                         UNLOCK_GC;
2578                         return TRUE;
2579                 }
2580         }
2581
2582         new_root.end_root = start + size;
2583         new_root.root_desc = descr;
2584         new_root.source = source;
2585         new_root.msg = msg;
2586
2587         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2588         roots_size += size;
2589
2590         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);
2591
2592         UNLOCK_GC;
2593         return TRUE;
2594 }
2595
2596 void
2597 sgen_deregister_root (char* addr)
2598 {
2599         int root_type;
2600         RootRecord root;
2601
2602         LOCK_GC;
2603         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2604                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2605                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2606         }
2607         UNLOCK_GC;
2608 }
2609
2610 /*
2611  * ######################################################################
2612  * ########  Thread handling (stop/start code)
2613  * ######################################################################
2614  */
2615
2616 int
2617 sgen_get_current_collection_generation (void)
2618 {
2619         return current_collection_generation;
2620 }
2621
2622 void*
2623 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2624 {
2625         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2626
2627         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2628
2629         return info;
2630 }
2631
2632 void
2633 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2634 {
2635         sgen_client_thread_unregister (p);
2636 }
2637
2638 /*
2639  * ######################################################################
2640  * ########  Write barriers
2641  * ######################################################################
2642  */
2643
2644 /*
2645  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2646  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2647  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2648  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2649  */
2650
2651 void
2652 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2653 {
2654         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2655         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2656         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2657                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2658                 return;
2659         }
2660
2661 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2662         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2663                 int i;
2664                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2665                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2666                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2667                         if (obj)
2668                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2669                 }
2670         }
2671 #endif
2672
2673         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2674 }
2675
2676 void
2677 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2678 {
2679         gpointer obj;
2680
2681         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2682
2683         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2684
2685         obj = *(gpointer*)ptr;
2686         if (obj)
2687                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2688
2689         /*
2690          * We need to record old->old pointer locations for the
2691          * concurrent collector.
2692          */
2693         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2694                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2695                 return;
2696         }
2697
2698         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2699
2700         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2701 }
2702
2703 void
2704 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2705 {
2706         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2707         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2708         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2709                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2710         sgen_dummy_use (value);
2711 }
2712
2713 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2714  * as an atomic operation with release semantics.
2715  */
2716 void
2717 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2718 {
2719         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2720
2721         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2722
2723         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2724
2725         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2726                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2727
2728         sgen_dummy_use (value);
2729 }
2730
2731 void
2732 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2733 {
2734         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2735         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2736
2737         while (size) {
2738                 if (bitmap & 0x1)
2739                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2740                 else
2741                         *dest = *src;
2742                 ++src;
2743                 ++dest;
2744                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2745                 bitmap >>= 1;
2746         }
2747 }
2748
2749 /*
2750  * ######################################################################
2751  * ########  Other mono public interface functions.
2752  * ######################################################################
2753  */
2754
2755 void
2756 sgen_gc_collect (int generation)
2757 {
2758         LOCK_GC;
2759         if (generation > 1)
2760                 generation = 1;
2761         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2762         UNLOCK_GC;
2763 }
2764
2765 int
2766 sgen_gc_collection_count (int generation)
2767 {
2768         if (generation == 0)
2769                 return gc_stats.minor_gc_count;
2770         return gc_stats.major_gc_count;
2771 }
2772
2773 size_t
2774 sgen_gc_get_used_size (void)
2775 {
2776         gint64 tot = 0;
2777         LOCK_GC;
2778         tot = los_memory_usage;
2779         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2780         tot += major_collector.get_used_size ();
2781         /* FIXME: account for pinned objects */
2782         UNLOCK_GC;
2783         return tot;
2784 }
2785
2786 void
2787 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2788 {
2789         va_list ap;
2790
2791         va_start (ap, description_format);
2792
2793         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2794         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2795         if (fallback)
2796                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2797         fprintf (stderr, "\n");
2798
2799         va_end (ap);
2800 }
2801
2802 static gboolean
2803 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2804 {
2805         char *endptr;
2806         double val = strtod (opt, &endptr);
2807         if (endptr == opt) {
2808                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2809                 return FALSE;
2810         }
2811         else if (val < min || val > max) {
2812                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2813                 return FALSE;
2814         }
2815         *result = val;
2816         return TRUE;
2817 }
2818
2819 void
2820 sgen_gc_init (void)
2821 {
2822         const char *env;
2823         char **opts, **ptr;
2824         char *major_collector_opt = NULL;
2825         char *minor_collector_opt = NULL;
2826         char *params_opts = NULL;
2827         char *debug_opts = NULL;
2828         size_t max_heap = 0;
2829         size_t soft_limit = 0;
2830         int result;
2831         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2832         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2833         gboolean cement_enabled = TRUE;
2834
2835         do {
2836                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2837                 switch (result) {
2838                 case 1:
2839                         /* already inited */
2840                         return;
2841                 case -1:
2842                         /* being inited by another thread */
2843                         mono_thread_info_usleep (1000);
2844                         break;
2845                 case 0:
2846                         /* we will init it */
2847                         break;
2848                 default:
2849                         g_assert_not_reached ();
2850                 }
2851         } while (result != 0);
2852
2853         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2854
2855 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2856         mono_thread_smr_init ();
2857 #endif
2858
2859         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2860
2861         gc_debug_file = stderr;
2862
2863         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2864
2865         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME)) || gc_params_options) {
2866                 params_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_params_options ? gc_params_options : "", env ? env : "");
2867         }
2868
2869         if (params_opts) {
2870                 opts = g_strsplit (params_opts, ",", -1);
2871                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2872                         char *opt = *ptr;
2873                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2874                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2875                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2876                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2877                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2878                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2879                         }
2880                 }
2881         } else {
2882                 opts = NULL;
2883         }
2884
2885         init_stats ();
2886         sgen_init_internal_allocator ();
2887         sgen_init_nursery_allocator ();
2888         sgen_init_fin_weak_hash ();
2889         sgen_init_hash_table ();
2890         sgen_init_descriptors ();
2891         sgen_init_gray_queues ();
2892         sgen_init_allocator ();
2893         sgen_init_gchandles ();
2894
2895         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2896         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2897
2898         sgen_client_init ();
2899
2900         if (!minor_collector_opt) {
2901                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2902         } else {
2903                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2904                 use_simple_nursery:
2905                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2906                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2907                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2908                 } else {
2909                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2910                         goto use_simple_nursery;
2911                 }
2912         }
2913
2914         if (!major_collector_opt) {
2915         use_default_major:
2916                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2917         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2918                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2919         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2920                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2921         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc-par")) {
2922                 sgen_marksweep_conc_par_init (&major_collector);
2923         } else {
2924                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2925                 goto use_default_major;
2926         }
2927
2928         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2929
2930         if (opts) {
2931                 gboolean usage_printed = FALSE;
2932
2933                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2934                         char *opt = *ptr;
2935                         if (!strcmp (opt, ""))
2936                                 continue;
2937                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2938                                 continue;
2939                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2940                                 continue;
2941                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2942                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2943                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2944                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2945                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2946                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2947                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2948                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2949                                 } else {
2950                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2951                                 }
2952                                 continue;
2953                         }
2954                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2955                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2956                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2957                                         if (soft_limit <= 0) {
2958                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2959                                                 soft_limit = 0;
2960                                         }
2961                                 } else {
2962                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2963                                 }
2964                                 continue;
2965                         }
2966
2967 #ifdef USER_CONFIG
2968                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2969                                 size_t val;
2970                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2971                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2972                                         if ((val & (val - 1))) {
2973                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2974                                                 continue;
2975                                         }
2976
2977                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2978                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2979                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2980                                                 continue;
2981                                         }
2982
2983                                         sgen_nursery_size = val;
2984                                         sgen_nursery_bits = 0;
2985                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2986                                                 ;
2987                                 } else {
2988                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2989                                         continue;
2990                                 }
2991                                 continue;
2992                         }
2993 #endif
2994                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2995                                 double val;
2996                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2997                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2998                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2999                                         save_target = val;
3000                                 }
3001                                 continue;
3002                         }
3003                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
3004                                 double val;
3005                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
3006                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
3007                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
3008                                         allowance_ratio = val;
3009                                 }
3010                                 continue;
3011                         }
3012
3013                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
3014                                 cement_enabled = TRUE;
3015                                 continue;
3016                         }
3017                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
3018                                 cement_enabled = FALSE;
3019                                 continue;
3020                         }
3021
3022                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
3023                                 precleaning_enabled = TRUE;
3024                                 continue;
3025                         }
3026                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
3027                                 precleaning_enabled = FALSE;
3028                                 continue;
3029                         }
3030
3031                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
3032                                 continue;
3033
3034                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
3035                                 continue;
3036
3037                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
3038                                 continue;
3039
3040                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3041
3042                         if (usage_printed)
3043                                 continue;
3044
3045                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
3046                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3047                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3048                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3049                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
3050                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
3051                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
3052                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
3053                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
3054                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
3055                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
3056                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
3057                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
3058                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
3059                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
3060                         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);
3061                         fprintf (stderr, "\n");
3062
3063                         usage_printed = TRUE;
3064                 }
3065                 g_strfreev (opts);
3066         }
3067
3068         if (major_collector_opt)
3069                 g_free (major_collector_opt);
3070
3071         if (minor_collector_opt)
3072                 g_free (minor_collector_opt);
3073
3074         if (params_opts)
3075                 g_free (params_opts);
3076
3077         alloc_nursery ();
3078
3079         sgen_pinning_init ();
3080         sgen_cement_init (cement_enabled);
3081
3082         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME)) || gc_debug_options) {
3083                 debug_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_debug_options ? gc_debug_options  : "", env ? env : "");
3084         }
3085
3086         if (debug_opts) {
3087                 gboolean usage_printed = FALSE;
3088
3089                 opts = g_strsplit (debug_opts, ",", -1);
3090                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
3091                         char *opt = *ptr;
3092                         if (!strcmp (opt, ""))
3093                                 continue;
3094                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3095                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3096                                 opt++;
3097                                 if (opt [0] == ':')
3098                                         opt++;
3099                                 if (opt [0]) {
3100                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3101                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3102                                         if (!gc_debug_file)
3103                                                 gc_debug_file = stderr;
3104                                         g_free (rf);
3105                                 }
3106                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3107                                 debug_print_allowance = TRUE;
3108                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3109                                 sgen_pin_stats_enable ();
3110                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3111                                 verify_before_allocs = 1;
3112                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3113                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3114                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3115                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3116                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3117                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3118                                 collect_before_allocs = 1;
3119                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3120                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3121                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3122                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3123                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3124                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3125                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3126                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3127                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3128                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3129                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3130                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3131                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3132                                         continue;
3133                                 }
3134                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3135                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3136                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3137                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3138                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3139                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3140                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3141                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3142                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3143                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3144                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3145                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3146                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3147                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3148                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3149                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3150                                 do_verify_nursery = TRUE;
3151                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3152                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3153                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3154                                         continue;
3155                                 }
3156                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3157                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3158                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3159                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3160                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3161                                 disable_minor_collections = TRUE;
3162                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3163                                 disable_major_collections = TRUE;
3164                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3165                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3166                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3167                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3168                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3169                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3170                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3171                                 size_t limit = 0;
3172                                 if (colon) {
3173                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3174                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3175                                                 limit = -1;
3176                                         }
3177                                         *colon = '\0';
3178                                 }
3179                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3180                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3181                                 do_verify_nursery = TRUE;
3182                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3183                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3184                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3185
3186                                 if (usage_printed)
3187                                         continue;
3188
3189                                 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);
3190                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3191                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3192                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3193                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3194                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3195                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3196                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3197                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3198                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3199                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3200                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3201                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3202                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3203                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3204                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3205                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3206                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3207                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3208                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3209                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3210                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3211                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3212                                 fprintf (stderr, "\n");
3213
3214                                 usage_printed = TRUE;
3215                         }
3216                 }
3217                 g_strfreev (opts);
3218         }
3219
3220         if (debug_opts)
3221                 g_free (debug_opts);
3222
3223         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3224                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3225
3226         if (major_collector.post_param_init)
3227                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3228
3229         if (major_collector.needs_thread_pool) {
3230                 int num_workers = 1;
3231                 if (major_collector.is_parallel) {
3232                         /* FIXME Detect the number of physical cores, instead of logical */
3233                         num_workers = mono_cpu_count () / 2;
3234                         if (num_workers < 1)
3235                                 num_workers = 1;
3236                 }
3237                 sgen_workers_init (num_workers, (SgenWorkerCallback) major_collector.worker_init_cb);
3238         }
3239
3240         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3241
3242         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3243
3244         sgen_card_table_init (&remset);
3245
3246         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");
3247
3248         gc_initialized = 1;
3249
3250         sgen_init_bridge ();
3251 }
3252
3253 gboolean
3254 sgen_gc_initialized ()
3255 {
3256         return gc_initialized > 0;
3257 }
3258
3259 NurseryClearPolicy
3260 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3261 {
3262         return nursery_clear_policy;
3263 }
3264
3265 void
3266 sgen_gc_lock (void)
3267 {
3268         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3269 }
3270
3271 void
3272 sgen_gc_unlock (void)
3273 {
3274         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3275 }
3276
3277 void
3278 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3279 {
3280         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3281 }
3282
3283 void
3284 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3285 {
3286         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3287 }
3288
3289 SgenMajorCollector*
3290 sgen_get_major_collector (void)
3291 {
3292         return &major_collector;
3293 }
3294
3295 SgenRememberedSet*
3296 sgen_get_remset (void)
3297 {
3298         return &remset;
3299 }
3300
3301 static void
3302 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3303 {
3304         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3305         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3306 }
3307
3308 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3309
3310 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3311 void
3312 sgen_stop_world (int generation)
3313 {
3314         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3315
3316         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3317
3318         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3319
3320         sgen_client_stop_world (generation);
3321
3322         world_is_stopped = TRUE;
3323
3324         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3325                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3326         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3327 }
3328
3329 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3330 void
3331 sgen_restart_world (int generation)
3332 {
3333         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3334         gint64 stw_time;
3335
3336         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3337
3338         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3339                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3340         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3341
3342         world_is_stopped = FALSE;
3343
3344         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3345
3346         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3347
3348         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3349                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3350
3351         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3352 }
3353
3354 gboolean
3355 sgen_is_world_stopped (void)
3356 {
3357         return world_is_stopped;
3358 }
3359
3360 void
3361 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3362 {
3363         sgen_stop_world (0);
3364         sgen_clear_nursery_fragments ();
3365         sgen_check_whole_heap (TRUE);
3366         sgen_restart_world (0);
3367 }
3368
3369 gint64
3370 sgen_timestamp (void)
3371 {
3372         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3373         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3374         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3375 }
3376
3377 #endif /* HAVE_SGEN_GC */