Merge pull request #4169 from evincarofautumn/fix-xmm-scanning-mac-x86
[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-pinning.h"
186 #include "mono/sgen/sgen-workers.h"
187 #include "mono/sgen/sgen-client.h"
188 #include "mono/sgen/sgen-pointer-queue.h"
189 #include "mono/sgen/gc-internal-agnostic.h"
190 #include "mono/utils/mono-proclib.h"
191 #include "mono/utils/mono-memory-model.h"
192 #include "mono/utils/hazard-pointer.h"
193
194 #include <mono/utils/memcheck.h>
195
196 #undef pthread_create
197 #undef pthread_join
198 #undef pthread_detach
199
200 /*
201  * ######################################################################
202  * ########  Types and constants used by the GC.
203  * ######################################################################
204  */
205
206 /* 0 means not initialized, 1 is initialized, -1 means in progress */
207 static int gc_initialized = 0;
208 /* If set, check if we need to do something every X allocations */
209 gboolean has_per_allocation_action;
210 /* If set, do a heap check every X allocation */
211 guint32 verify_before_allocs = 0;
212 /* If set, do a minor collection before every X allocation */
213 guint32 collect_before_allocs = 0;
214 /* If set, do a whole heap check before each collection */
215 static gboolean whole_heap_check_before_collection = FALSE;
216 /* If set, do a remset consistency check at various opportunities */
217 static gboolean remset_consistency_checks = FALSE;
218 /* If set, do a mod union consistency check before each finishing collection pause */
219 static gboolean mod_union_consistency_check = FALSE;
220 /* If set, check whether mark bits are consistent after major collections */
221 static gboolean check_mark_bits_after_major_collection = FALSE;
222 /* If set, check that all nursery objects are pinned/not pinned, depending on context */
223 static gboolean check_nursery_objects_pinned = FALSE;
224 /* If set, do a few checks when the concurrent collector is used */
225 static gboolean do_concurrent_checks = FALSE;
226 /* If set, do a plausibility check on the scan_starts before and after
227    each collection */
228 static gboolean do_scan_starts_check = FALSE;
229
230 static gboolean disable_minor_collections = FALSE;
231 static gboolean disable_major_collections = FALSE;
232 static gboolean do_verify_nursery = FALSE;
233 static gboolean do_dump_nursery_content = FALSE;
234 static gboolean enable_nursery_canaries = FALSE;
235
236 static gboolean precleaning_enabled = TRUE;
237
238 #ifdef HEAVY_STATISTICS
239 guint64 stat_objects_alloced_degraded = 0;
240 guint64 stat_bytes_alloced_degraded = 0;
241
242 guint64 stat_copy_object_called_nursery = 0;
243 guint64 stat_objects_copied_nursery = 0;
244 guint64 stat_copy_object_called_major = 0;
245 guint64 stat_objects_copied_major = 0;
246
247 guint64 stat_scan_object_called_nursery = 0;
248 guint64 stat_scan_object_called_major = 0;
249
250 guint64 stat_slots_allocated_in_vain;
251
252 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_from_space = 0;
253 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_forwarded = 0;
254 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_pinned = 0;
255 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_to_space = 0;
256
257 static guint64 stat_wbarrier_add_to_global_remset = 0;
258 static guint64 stat_wbarrier_arrayref_copy = 0;
259 static guint64 stat_wbarrier_generic_store = 0;
260 static guint64 stat_wbarrier_generic_store_atomic = 0;
261 static guint64 stat_wbarrier_set_root = 0;
262 #endif
263
264 static guint64 stat_pinned_objects = 0;
265
266 static guint64 time_minor_pre_collection_fragment_clear = 0;
267 static guint64 time_minor_pinning = 0;
268 static guint64 time_minor_scan_remsets = 0;
269 static guint64 time_minor_scan_pinned = 0;
270 static guint64 time_minor_scan_roots = 0;
271 static guint64 time_minor_finish_gray_stack = 0;
272 static guint64 time_minor_fragment_creation = 0;
273
274 static guint64 time_major_pre_collection_fragment_clear = 0;
275 static guint64 time_major_pinning = 0;
276 static guint64 time_major_scan_pinned = 0;
277 static guint64 time_major_scan_roots = 0;
278 static guint64 time_major_scan_mod_union = 0;
279 static guint64 time_major_finish_gray_stack = 0;
280 static guint64 time_major_free_bigobjs = 0;
281 static guint64 time_major_los_sweep = 0;
282 static guint64 time_major_sweep = 0;
283 static guint64 time_major_fragment_creation = 0;
284
285 static guint64 time_max = 0;
286
287 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_start);
288 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_end);
289
290 int gc_debug_level = 0;
291 FILE* gc_debug_file;
292 static char* gc_params_options;
293 static char* gc_debug_options;
294
295 /*
296 void
297 mono_gc_flush_info (void)
298 {
299         fflush (gc_debug_file);
300 }
301 */
302
303 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
304 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
305 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
306
307 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
308
309 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
310
311 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
312 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
313 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
314
315 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
316
317 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
318
319 gboolean
320 nursery_canaries_enabled (void)
321 {
322         return enable_nursery_canaries;
323 }
324
325 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
326
327 #if defined(HAVE_CONC_GC_AS_DEFAULT)
328 /* Use concurrent major on deskstop platforms */
329 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_conc_init
330 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep-conc"
331 #else
332 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_init
333 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep"
334 #endif
335
336 /*
337  * ######################################################################
338  * ########  Global data.
339  * ######################################################################
340  */
341 MonoCoopMutex gc_mutex;
342
343 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
344
345 size_t degraded_mode = 0;
346
347 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
348
349 GCMemSection *nursery_section = NULL;
350 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
351 static volatile mword highest_heap_address = 0;
352
353 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
354
355 int current_collection_generation = -1;
356 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
357
358 /* objects that are ready to be finalized */
359 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
360 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
361
362 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
363 /* 
364  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
365  */
366 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
367         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
368         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
369         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
370 };
371 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
372
373 /* The size of a TLAB */
374 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
375  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
376  * FIXME: Tune this.
377  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
378  */
379 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
380
381 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
382
383 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
384
385 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
386
387 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
388 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
389 #endif
390
391 /*Object was pinned during the current collection*/
392 static mword objects_pinned;
393
394 /*
395  * ######################################################################
396  * ########  Macros and function declarations.
397  * ######################################################################
398  */
399
400 /* forward declarations */
401 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
402
403 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
404 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
405
406
407 SgenMajorCollector major_collector;
408 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
409
410 static SgenRememberedSet remset;
411
412 /*
413  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
414  * concurrent, we use the main gray queue.
415  */
416 static SgenGrayQueue*
417 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data, SgenGrayQueue *default_gray_queue)
418 {
419         if (worker_data)
420                 return &worker_data->private_gray_queue;
421         SGEN_ASSERT (0, default_gray_queue, "Why don't we have a default gray queue when we're not running in a worker thread?");
422         return default_gray_queue;
423 }
424
425 static void
426 gray_queue_redirect (SgenGrayQueue *queue)
427 {
428         SGEN_ASSERT (0, concurrent_collection_in_progress, "Where are we redirecting the gray queue to, without a concurrent collection?");
429
430         sgen_workers_take_from_queue (queue);
431 }
432
433 void
434 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
435 {
436         while (start < end) {
437                 size_t size;
438                 char *obj;
439
440                 if (!*(void**)start) {
441                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
442                         continue;
443                 }
444
445                 if (allow_flags) {
446                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
447                                 obj = start;
448                 } else {
449                         obj = start;
450                 }
451
452                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
453                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
454                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
455                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
456                         CANARIFY_SIZE (size);
457                 } else {
458                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
459                 }
460
461                 start += size;
462         }
463 }
464
465 /*
466  * sgen_add_to_global_remset:
467  *
468  *   The global remset contains locations which point into newspace after
469  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
470  *
471  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
472  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
473  */
474 void
475 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
476 {
477         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
478
479         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
480
481         if (!major_collector.is_concurrent) {
482                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
483         } else {
484                 if (current_collection_generation == -1)
485                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
486         }
487
488         if (!object_is_pinned (obj))
489                 SGEN_ASSERT (5, sgen_minor_collector.is_split || sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Non-pinned objects can only remain in nursery if it is a split nursery");
490         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
491                 return;
492
493         remset.record_pointer (ptr);
494
495         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
496
497         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
498         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
499 }
500
501 /*
502  * sgen_drain_gray_stack:
503  *
504  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
505  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
506  * usage.
507  *
508  */
509 gboolean
510 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
511 {
512         SGEN_ASSERT (0, ctx.ops->drain_gray_stack, "Why do we have a scan/copy context with a missing drain gray stack function?");
513
514         return ctx.ops->drain_gray_stack (ctx.queue);
515 }
516
517 /*
518  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
519  * the object header for each address and pins the object. The
520  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
521  * address array is overwritten with the addresses of the actually
522  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
523  */
524 static int
525 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
526 {
527         GCMemSection *section = nursery_section;
528         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
529         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
530         void *start_nursery = section->data;
531         void *end_nursery = section->next_data;
532         void *last = NULL;
533         int count = 0;
534         void *search_start;
535         void *addr;
536         void *pinning_front = start_nursery;
537         size_t idx;
538         void **definitely_pinned = start;
539         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
540         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
541
542         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
543
544         while (start < end) {
545                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
546                 size_t obj_to_pin_size = 0;
547                 SgenDescriptor desc;
548
549                 addr = *start;
550
551                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
552                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
553
554                 if (addr == last) {
555                         ++start;
556                         continue;
557                 }
558
559                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
560                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
561                 if (addr < pinning_front) {
562                         start++;
563                         continue;
564                 }
565
566                 /*
567                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
568                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
569                  * start at start_nursery.
570                  */
571                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
572                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
573                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
574                 if (!search_start || search_start > addr) {
575                         while (idx) {
576                                 --idx;
577                                 search_start = section->scan_starts [idx];
578                                 if (search_start && search_start <= addr)
579                                         break;
580                         }
581                         if (!search_start || search_start > addr)
582                                 search_start = start_nursery;
583                 }
584
585                 /*
586                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
587                  * searching at the front.
588                  */
589                 if (search_start < pinning_front)
590                         search_start = pinning_front;
591
592                 /*
593                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
594                  *
595                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
596                  */
597                 do {
598                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
599
600                         /* Skip zeros. */
601                         if (!*(void**)search_start) {
602                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
603                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
604                                 continue;
605                         }
606
607                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
608
609                         /*
610                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
611                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
612                          * either.
613                          */
614                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
615                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
616                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
617
618                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
619                                         /* This is the object we're looking for. */
620                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
621                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
622                                         break;
623                                 }
624                         }
625
626                         /* Skip to the next object */
627                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
628                 } while (search_start <= addr);
629
630                 /* We've searched past the address we were looking for. */
631                 if (!obj_to_pin) {
632                         pinning_front = search_start;
633                         goto next_pin_queue_entry;
634                 }
635
636                 /*
637                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
638                  * can advance the pinning front in any case.
639                  */
640                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
641
642                 /*
643                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
644                  * fragment, we don't pin it.
645                  */
646                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
647                         goto next_pin_queue_entry;
648
649                 /*
650                  * Finally - pin the object!
651                  */
652                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
653                 if (do_scan_objects) {
654                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
655                 } else {
656                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
657                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
658                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
659                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
660                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
661
662                         pin_object (obj_to_pin);
663                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE_SERIAL (queue, obj_to_pin, desc);
664                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
665                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
666                         count++;
667                 }
668                 if (concurrent_collection_in_progress)
669                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
670
671         next_pin_queue_entry:
672                 last = addr;
673                 ++start;
674         }
675         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
676         stat_pinned_objects += count;
677         return count;
678 }
679
680 static void
681 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
682 {
683         size_t reduced_to;
684
685         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
686                 return;
687
688         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
689         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
690 }
691
692 /*
693  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
694  * when we can't promote an object because we're out of memory.
695  */
696 void
697 sgen_pin_object (GCObject *object, SgenGrayQueue *queue)
698 {
699         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
700
701         /*
702          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
703          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
704          */
705         sgen_pin_stage_ptr (object);
706
707         SGEN_PIN_OBJECT (object);
708         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
709
710         ++objects_pinned;
711         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
712
713         GRAY_OBJECT_ENQUEUE_SERIAL (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
714 }
715
716 /* Sort the addresses in array in increasing order.
717  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
718  */
719 void
720 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
721 {
722         size_t i;
723         void *tmp;
724
725         for (i = 1; i < size; ++i) {
726                 size_t child = i;
727                 while (child > 0) {
728                         size_t parent = (child - 1) / 2;
729
730                         if (array [parent] >= array [child])
731                                 break;
732
733                         tmp = array [parent];
734                         array [parent] = array [child];
735                         array [child] = tmp;
736
737                         child = parent;
738                 }
739         }
740
741         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
742                 size_t end, root;
743                 tmp = array [i];
744                 array [i] = array [0];
745                 array [0] = tmp;
746
747                 end = i - 1;
748                 root = 0;
749
750                 while (root * 2 + 1 <= end) {
751                         size_t child = root * 2 + 1;
752
753                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
754                                 ++child;
755                         if (array [root] >= array [child])
756                                 break;
757
758                         tmp = array [root];
759                         array [root] = array [child];
760                         array [child] = tmp;
761
762                         root = child;
763                 }
764         }
765 }
766
767 /* 
768  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
769  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
770  * Typically used for thread stacks.
771  */
772 void
773 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
774 {
775         int count = 0;
776
777         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
778
779 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
780         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
781 #endif
782
783         while (start < end) {
784                 /*
785                  * *start can point to the middle of an object
786                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
787                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
788                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
789                  * may keep the only reference to an object by pointing
790                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
791                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
792                  * from pointers to the start of the next object in memory
793                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
794                  * We queue the pointer in an array, the
795                  * array will then be sorted and uniqued. This way
796                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
797                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
798                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
799                  * alignment, so the unique process is more effective.
800                  */
801                 mword addr = (mword)*start;
802                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
803                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
804                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
805                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
806                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
807                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
808                         count++;
809                 }
810                 start++;
811         }
812         if (count)
813                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
814 }
815
816 /*
817  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
818  * This function considers all the areas of memory that need to be
819  * conservatively scanned.
820  */
821 static void
822 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
823 {
824         void **start_root;
825         RootRecord *root;
826         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);
827         /* objects pinned from the API are inside these roots */
828         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
829                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
830                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
831         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
832         /* now deal with the thread stacks
833          * in the future we should be able to conservatively scan only:
834          * *) the cpu registers
835          * *) the unmanaged stack frames
836          * *) the _last_ managed stack frame
837          * *) pointers slots in managed frames
838          */
839         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
840 }
841
842 static void
843 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
844 {
845         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
846         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
847 }
848
849 /*
850  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
851  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
852  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
853  * This functions copies them to to_space updates them.
854  *
855  * This function is not thread-safe!
856  */
857 static void
858 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
859 {
860         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
861         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
862
863         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
864         case ROOT_DESC_BITMAP:
865                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
866                 while (desc) {
867                         if ((desc & 1) && *start_root) {
868                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
869                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
870                         }
871                         desc >>= 1;
872                         start_root++;
873                 }
874                 return;
875         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
876                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
877                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
878                 void **start_run = start_root;
879                 bitmap_data++;
880                 while (bwords-- > 0) {
881                         gsize bmap = *bitmap_data++;
882                         void **objptr = start_run;
883                         while (bmap) {
884                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
885                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
886                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
887                                 }
888                                 bmap >>= 1;
889                                 ++objptr;
890                         }
891                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
892                 }
893                 break;
894         }
895         case ROOT_DESC_USER: {
896                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
897                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
898                 break;
899         }
900         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
901                 g_assert_not_reached ();
902         default:
903                 g_assert_not_reached ();
904         }
905 }
906
907 static void
908 reset_heap_boundaries (void)
909 {
910         lowest_heap_address = ~(mword)0;
911         highest_heap_address = 0;
912 }
913
914 void
915 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
916 {
917         mword old;
918
919         do {
920                 old = lowest_heap_address;
921                 if (low >= old)
922                         break;
923         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
924
925         do {
926                 old = highest_heap_address;
927                 if (high <= old)
928                         break;
929         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
930 }
931
932 /*
933  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
934  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
935  */
936 static void
937 alloc_nursery (void)
938 {
939         GCMemSection *section;
940         char *data;
941         size_t scan_starts;
942         size_t alloc_size;
943
944         if (nursery_section)
945                 return;
946         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
947         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
948          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
949          * objects in the existing nursery.
950          */
951         /* FIXME: handle OOM */
952         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
953
954         alloc_size = sgen_nursery_size;
955
956         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
957         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
958
959         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
960         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
961         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 ());
962         section->data = section->next_data = data;
963         section->size = alloc_size;
964         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
965         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
966         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
967         section->num_scan_start = scan_starts;
968
969         nursery_section = section;
970
971         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
972 }
973
974 FILE *
975 mono_gc_get_logfile (void)
976 {
977         return gc_debug_file;
978 }
979
980 void
981 mono_gc_params_set (const char* options)
982 {
983         if (gc_params_options)
984                 g_free (gc_params_options);
985
986         gc_params_options = g_strdup (options);
987 }
988
989 void
990 mono_gc_debug_set (const char* options)
991 {
992         if (gc_debug_options)
993                 g_free (gc_debug_options);
994
995         gc_debug_options = g_strdup (options);
996 }
997
998 static void
999 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1000 {
1001         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1002         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1003         size_t i;
1004
1005         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1006                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1007                 if (!obj)
1008                         continue;
1009                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1010                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1011         }
1012 }
1013
1014 static const char*
1015 generation_name (int generation)
1016 {
1017         switch (generation) {
1018         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1019         case GENERATION_OLD: return "old";
1020         default: g_assert_not_reached ();
1021         }
1022 }
1023
1024 const char*
1025 sgen_generation_name (int generation)
1026 {
1027         return generation_name (generation);
1028 }
1029
1030 static void
1031 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1032 {
1033         TV_DECLARE (atv);
1034         TV_DECLARE (btv);
1035         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1036         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1037         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1038         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1039
1040         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1041         /*
1042          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1043          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1044          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1045          * additional roots and we may add more items as we go.
1046          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1047          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1048          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1049          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1050          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1051          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1052          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1053          */
1054         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1055         TV_GETTIME (atv);
1056         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1057
1058         /*
1059         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1060         collection trigged by minor overflow.
1061
1062         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1063         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1064         */
1065         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1066                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1067
1068         /*
1069          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1070          * to ensure they see the full set of live objects.
1071          */
1072         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1073
1074         /*
1075          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1076          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1077          * objects that are in fact reachable.
1078          */
1079         done_with_ephemerons = 0;
1080         do {
1081                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1082                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1083                 ++ephemeron_rounds;
1084         } while (!done_with_ephemerons);
1085
1086         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1087                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1088                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1089                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1090                 if (generation == GENERATION_OLD)
1091                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1092
1093                 /*
1094                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1095
1096                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1097                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1098
1099                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1100
1101                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1102                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1103                 be a big deal.
1104                 */
1105                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1106         }
1107
1108         /*
1109         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1110         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1111         */
1112         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1113
1114         /*
1115         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1116         finalization so they can be cleared before that.
1117         */
1118         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1119         if (generation == GENERATION_OLD)
1120                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1121
1122
1123         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1124          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1125          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1126          * are marked/copied.
1127          */
1128         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1129         if (generation == GENERATION_OLD)
1130                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1131         /* drain the new stack that might have been created */
1132         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1133         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1134
1135         /*
1136          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1137          */
1138         done_with_ephemerons = 0;
1139         do {
1140                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1141                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1142                 ++ephemeron_rounds;
1143         } while (!done_with_ephemerons);
1144
1145         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1146
1147         /*
1148          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1149          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1150          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1151         */
1152         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1153
1154         TV_GETTIME (btv);
1155         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);
1156
1157         /*
1158          * handle disappearing links
1159          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1160          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1161          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1162          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1163          * called.
1164          */
1165         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1166         for (;;) {
1167                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1168                 if (generation == GENERATION_OLD)
1169                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1170                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1171                         break;
1172                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1173         }
1174
1175         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1176
1177         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1178 }
1179
1180 void
1181 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1182 {
1183         size_t i;
1184         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1185                 if (section->scan_starts [i]) {
1186                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1187                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1188                 }
1189         }
1190 }
1191
1192 static void
1193 check_scan_starts (void)
1194 {
1195         if (!do_scan_starts_check)
1196                 return;
1197         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1198         major_collector.check_scan_starts ();
1199 }
1200
1201 static void
1202 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1203 {
1204         void **start_root;
1205         RootRecord *root;
1206         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1207                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1208                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1209         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1210 }
1211
1212 static void
1213 init_stats (void)
1214 {
1215         static gboolean inited = FALSE;
1216
1217         if (inited)
1218                 return;
1219
1220         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1221
1222         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1223         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1224         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1225         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1226         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1227         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1228
1229         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1230         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1231         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1232         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1233         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1234         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1235         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1236         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1237         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1238         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1239
1240         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1241
1242 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1243         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1244         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1245         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1246         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1247         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1248
1249         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1250         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1251
1252         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1253         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1254         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1255         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1256
1257         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1258         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1259
1260         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1261
1262         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1263         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1264         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1265         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1266
1267         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1268 #endif
1269
1270         inited = TRUE;
1271 }
1272
1273
1274 static void
1275 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1276 {
1277         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1278 }
1279
1280 void
1281 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1282 {
1283         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1284 }
1285
1286 gboolean
1287 sgen_collection_is_concurrent (void)
1288 {
1289         switch (current_collection_generation) {
1290         case GENERATION_NURSERY:
1291                 return FALSE;
1292         case GENERATION_OLD:
1293                 return concurrent_collection_in_progress;
1294         default:
1295                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1296         }
1297         return FALSE;
1298 }
1299
1300 gboolean
1301 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1302 {
1303         return concurrent_collection_in_progress;
1304 }
1305
1306 typedef struct {
1307         SgenThreadPoolJob job;
1308         SgenObjectOperations *ops;
1309         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1310 } ScanJob;
1311
1312 typedef struct {
1313         ScanJob scan_job;
1314         int job_index;
1315 } ParallelScanJob;
1316
1317 static ScanCopyContext
1318 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1319 {
1320         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1321
1322         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1323 }
1324
1325 static void
1326 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1327 {
1328         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1329 }
1330
1331 typedef struct {
1332         ScanJob scan_job;
1333         char *heap_start;
1334         char *heap_end;
1335         int root_type;
1336 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1337
1338 static void
1339 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1340 {
1341         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1342         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1343
1344         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1345 }
1346
1347 typedef struct {
1348         ScanJob scan_job;
1349         char *heap_start;
1350         char *heap_end;
1351 } ScanThreadDataJob;
1352
1353 static void
1354 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1355 {
1356         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1357         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1358
1359         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1360 }
1361
1362 typedef struct {
1363         ScanJob scan_job;
1364         SgenPointerQueue *queue;
1365 } ScanFinalizerEntriesJob;
1366
1367 static void
1368 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1369 {
1370         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1371         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1372
1373         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1374 }
1375
1376 static void
1377 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1378 {
1379         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1380         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1381
1382         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1383         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1384 }
1385
1386 static void
1387 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1388 {
1389         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1390         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1391
1392         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1393         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1394 }
1395
1396 static void
1397 job_major_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1398 {
1399         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1400         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1401
1402         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1403
1404         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1405 }
1406
1407 static void
1408 job_los_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1409 {
1410         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1411         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1412
1413         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1414
1415         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1416 }
1417
1418 static void
1419 job_scan_last_pinned (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1420 {
1421         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1422         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1423
1424         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1425
1426         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1427 }
1428
1429 static void
1430 workers_finish_callback (void)
1431 {
1432         ParallelScanJob *psj;
1433         ScanJob *sj;
1434         int split_count = sgen_workers_get_job_split_count ();
1435         int i;
1436         /* Mod union preclean jobs */
1437         for (i = 0; i < split_count; i++) {
1438                 psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean major mod union cardtable", job_major_mod_union_preclean, sizeof (ParallelScanJob));
1439                 psj->scan_job.ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1440                 psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1441                 psj->job_index = i;
1442                 sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1443         }
1444
1445         for (i = 0; i < split_count; i++) {
1446                 psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean los mod union cardtable", job_los_mod_union_preclean, sizeof (ParallelScanJob));
1447                 psj->scan_job.ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1448                 psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1449                 psj->job_index = i;
1450                 sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1451         }
1452
1453         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan last pinned", job_scan_last_pinned, sizeof (ScanJob));
1454         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1455         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1456         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1457 }
1458
1459 static void
1460 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1461 {
1462         if (use_workers)
1463                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1464         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1465 }
1466
1467 static void
1468 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1469 {
1470         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1471         ScanThreadDataJob *stdj;
1472         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1473
1474         /* registered roots, this includes static fields */
1475
1476         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1477         scrrj->scan_job.ops = ops;
1478         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1479         scrrj->heap_start = heap_start;
1480         scrrj->heap_end = heap_end;
1481         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1482         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1483
1484         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1485         scrrj->scan_job.ops = ops;
1486         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1487         scrrj->heap_start = heap_start;
1488         scrrj->heap_end = heap_end;
1489         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1490         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1491
1492         /* Threads */
1493
1494         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1495         stdj->scan_job.ops = ops;
1496         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1497         stdj->heap_start = heap_start;
1498         stdj->heap_end = heap_end;
1499         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1500
1501         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1502
1503         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1504         sfej->scan_job.ops = ops;
1505         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1506         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1507         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1508
1509         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1510         sfej->scan_job.ops = ops;
1511         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1512         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1513         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1514 }
1515
1516 /*
1517  * Perform a nursery collection.
1518  *
1519  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1520  */
1521 static gboolean
1522 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue)
1523 {
1524         gboolean needs_major;
1525         size_t max_garbage_amount;
1526         char *nursery_next;
1527         mword fragment_total;
1528         ScanJob *sj;
1529         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1530         SgenObjectOperations *object_ops;
1531         ScanCopyContext ctx;
1532         TV_DECLARE (atv);
1533         TV_DECLARE (btv);
1534         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
1535         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
1536
1537         if (disable_minor_collections)
1538                 return TRUE;
1539
1540         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1541         atv = last_minor_collection_start_tv;
1542
1543         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1544
1545         if (sgen_concurrent_collection_in_progress ())
1546                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops_with_concurrent_major;
1547         else
1548                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1549
1550         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1551                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1552
1553         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1554
1555         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1556
1557         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1558
1559         check_scan_starts ();
1560
1561         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1562
1563         degraded_mode = 0;
1564         objects_pinned = 0;
1565         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1566         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1567         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1568
1569         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 ()));
1570         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1571         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1572
1573         /* world must be stopped already */
1574         TV_GETTIME (btv);
1575         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1576
1577         sgen_client_pre_collection_checks ();
1578
1579         nursery_section->next_data = nursery_next;
1580
1581         major_collector.start_nursery_collection ();
1582
1583         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1584
1585         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1586         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1587
1588         gc_stats.minor_gc_count ++;
1589
1590         sgen_process_fin_stage_entries ();
1591
1592         /* pin from pinned handles */
1593         sgen_init_pinning ();
1594         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1595         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1596         /* pin cemented objects */
1597         sgen_pin_cemented_objects ();
1598         /* identify pinned objects */
1599         sgen_optimize_pin_queue ();
1600         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1601
1602         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1603         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1604
1605         if (remset_consistency_checks)
1606                 sgen_check_remset_consistency ();
1607
1608         if (whole_heap_check_before_collection) {
1609                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1610                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1611         }
1612
1613         TV_GETTIME (atv);
1614         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1615         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1616         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1617
1618         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1619         sj->ops = object_ops;
1620         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1621         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1622
1623         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1624         TV_GETTIME (btv);
1625         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1626         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1627
1628         sgen_pin_stats_report ();
1629
1630         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1631         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1632
1633         TV_GETTIME (atv);
1634         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1635
1636         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1637
1638         TV_GETTIME (btv);
1639         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1640
1641         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1642
1643         TV_GETTIME (atv);
1644         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1645         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1646
1647         if (objects_pinned) {
1648                 sgen_optimize_pin_queue ();
1649                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1650         }
1651
1652         /*
1653          * This is the latest point at which we can do this check, because
1654          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1655          */
1656         if (remset_consistency_checks)
1657                 sgen_check_remset_consistency ();
1658
1659         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1660          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1661          * next allocations.
1662          */
1663         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1664         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1665         if (!fragment_total)
1666                 degraded_mode = 1;
1667
1668         /* Clear TLABs for all threads */
1669         sgen_clear_tlabs ();
1670
1671         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1672         TV_GETTIME (btv);
1673         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1674         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1675
1676         if (remset_consistency_checks)
1677                 sgen_check_major_refs ();
1678
1679         major_collector.finish_nursery_collection ();
1680
1681         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1682         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1683
1684         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1685
1686         /* prepare the pin queue for the next collection */
1687         sgen_finish_pinning ();
1688         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1689                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1690                 sgen_client_finalize_notify ();
1691         }
1692         sgen_pin_stats_reset ();
1693         /* clear cemented hash */
1694         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1695
1696         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1697
1698         remset.finish_minor_collection ();
1699
1700         check_scan_starts ();
1701
1702         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1703
1704         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1705
1706         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1707         needs_major = objects_pinned > 0;
1708         current_collection_generation = -1;
1709         objects_pinned = 0;
1710
1711         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1712
1713         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1714                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1715
1716         return needs_major;
1717 }
1718
1719 typedef enum {
1720         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1721         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1722         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1723 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1724
1725 static void
1726 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops_nopar, SgenObjectOperations *object_ops_par)
1727 {
1728         LOSObject *bigobj;
1729         TV_DECLARE (atv);
1730         TV_DECLARE (btv);
1731         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1732          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1733          */
1734         char *heap_start = NULL;
1735         char *heap_end = (char*)-1;
1736         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops_nopar, gc_thread_gray_queue);
1737         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1738
1739         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1740
1741         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1742                 /*This cleans up unused fragments */
1743                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1744
1745                 if (do_concurrent_checks)
1746                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1747         } else {
1748                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1749                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1750         }
1751
1752         TV_GETTIME (atv);
1753
1754         /* Pinning depends on this */
1755         sgen_clear_nursery_fragments ();
1756
1757         if (whole_heap_check_before_collection)
1758                 sgen_check_whole_heap (TRUE);
1759
1760         TV_GETTIME (btv);
1761         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1762
1763         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1764                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1765         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1766          * and deal with pointers outside of the sections later.
1767          */
1768
1769         objects_pinned = 0;
1770
1771         sgen_client_pre_collection_checks ();
1772
1773         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1774                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1775                 remset.clear_cards ();
1776         }
1777
1778         sgen_process_fin_stage_entries ();
1779
1780         TV_GETTIME (atv);
1781         sgen_init_pinning ();
1782         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1783         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1784         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1785                 /* Pin cemented objects that were forced */
1786                 sgen_pin_cemented_objects ();
1787         }
1788         sgen_optimize_pin_queue ();
1789         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1790                 /*
1791                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1792                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1793                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1794                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1795                  */
1796                 sgen_cement_force_pinned ();
1797         }
1798
1799         sgen_client_collecting_major_1 ();
1800
1801         /*
1802          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1803          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1804          * objects are pinned.
1805          *
1806          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1807          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1808          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1809          *
1810          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1811          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1812          */
1813         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1814         /* first pass for the sections */
1815         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1816         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1817         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1818         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1819                 size_t dummy;
1820                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1821                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1822
1823                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1824                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1825                                 continue;
1826                         }
1827                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1828                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1829                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE_SERIAL (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1830                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1831                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1832                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1833                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1834
1835                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1836                 }
1837         }
1838
1839         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1840         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1841                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1842
1843         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1844         if (old_next_pin_slot)
1845                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1846
1847         TV_GETTIME (btv);
1848         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1849         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1850         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1851
1852         major_collector.init_to_space ();
1853
1854         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1855         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1856                 sgen_workers_set_num_active_workers (0);
1857                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1858                         /*
1859                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1860                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1861                          */
1862                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops_nopar, object_ops_par, NULL);
1863
1864                         sgen_workers_join ();
1865                 }
1866         }
1867
1868 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1869         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1870 #endif
1871
1872         sgen_client_collecting_major_2 ();
1873
1874         TV_GETTIME (atv);
1875         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1876
1877         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1878
1879         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops_nopar, FALSE);
1880
1881         TV_GETTIME (btv);
1882         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1883
1884         /*
1885          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1886          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1887          * the roots.
1888          */
1889         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1890                 sgen_workers_set_num_active_workers (1);
1891                 gray_queue_redirect (gc_thread_gray_queue);
1892                 if (precleaning_enabled) {
1893                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops_nopar, object_ops_par, workers_finish_callback);
1894                 } else {
1895                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops_nopar, object_ops_par, NULL);
1896                 }
1897         }
1898
1899         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1900                 int i, split_count = sgen_workers_get_job_split_count ();
1901
1902                 gray_queue_redirect (gc_thread_gray_queue);
1903
1904                 /* Mod union card table */
1905                 for (i = 0; i < split_count; i++) {
1906                         ParallelScanJob *psj;
1907
1908                         psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ParallelScanJob));
1909                         psj->scan_job.ops = object_ops_par ? object_ops_par : object_ops_nopar;
1910                         psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1911                         psj->job_index = i;
1912                         sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1913
1914                         psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ParallelScanJob));
1915                         psj->scan_job.ops = object_ops_par ? object_ops_par : object_ops_nopar;
1916                         psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1917                         psj->job_index = i;
1918                         sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1919                 }
1920
1921                 /*
1922                  * If we enqueue a job while workers are running we need to sgen_workers_ensure_awake
1923                  * in order to make sure that we are running the idle func and draining all worker
1924                  * gray queues. The operation of starting workers implies this, so we start them after
1925                  * in order to avoid doing this operation twice. The workers will drain the main gray
1926                  * stack that contained roots and pinned objects and also scan the mod union card
1927                  * table.
1928                  */
1929                 sgen_workers_start_all_workers (object_ops_nopar, object_ops_par, NULL);
1930                 sgen_workers_join ();
1931         }
1932
1933         sgen_pin_stats_report ();
1934
1935         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1936                 sgen_finish_pinning ();
1937
1938                 sgen_pin_stats_reset ();
1939
1940                 if (do_concurrent_checks)
1941                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1942         }
1943 }
1944
1945 static void
1946 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1947 {
1948         SgenObjectOperations *object_ops_nopar, *object_ops_par = NULL;
1949
1950         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1951
1952         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1953
1954         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1955
1956         if (!concurrent)
1957                 sgen_cement_reset ();
1958
1959         if (concurrent) {
1960                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1961                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1962
1963                 object_ops_nopar = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1964                 if (major_collector.is_parallel)
1965                         object_ops_par = &major_collector.major_ops_conc_par_start;
1966
1967         } else {
1968                 object_ops_nopar = &major_collector.major_ops_serial;
1969         }
1970
1971         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1972
1973         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1974
1975         //count_ref_nonref_objs ();
1976         //consistency_check ();
1977
1978         check_scan_starts ();
1979
1980         degraded_mode = 0;
1981         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1982         gc_stats.major_gc_count ++;
1983
1984         if (major_collector.start_major_collection)
1985                 major_collector.start_major_collection ();
1986
1987         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_nopar, object_ops_par);
1988 }
1989
1990 static void
1991 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1992 {
1993         ScannedObjectCounts counts;
1994         SgenObjectOperations *object_ops_nopar;
1995         mword fragment_total;
1996         TV_DECLARE (atv);
1997         TV_DECLARE (btv);
1998
1999         TV_GETTIME (btv);
2000
2001         if (concurrent_collection_in_progress) {
2002                 SgenObjectOperations *object_ops_par = NULL;
2003
2004                 object_ops_nopar = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
2005                 if (major_collector.is_parallel)
2006                         object_ops_par = &major_collector.major_ops_conc_par_finish;
2007
2008                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops_nopar, object_ops_par);
2009
2010 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
2011                 main_gc_thread = NULL;
2012 #endif
2013         } else {
2014                 object_ops_nopar = &major_collector.major_ops_serial;
2015         }
2016
2017         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2018
2019         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops_nopar, gc_thread_gray_queue));
2020         TV_GETTIME (atv);
2021         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
2022
2023         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
2024
2025         if (objects_pinned) {
2026                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
2027
2028                 /*
2029                  * This is slow, but we just OOM'd.
2030                  *
2031                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
2032                  * queue is laid out at this point.
2033                  */
2034                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
2035                 /*
2036                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
2037                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
2038                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
2039                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
2040                  * somewhere.
2041                  */
2042                 sgen_optimize_pin_queue ();
2043                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
2044                 objects_pinned = 0;
2045         }
2046
2047         reset_heap_boundaries ();
2048         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
2049
2050         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
2051          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
2052          * next allocations.
2053          */
2054         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
2055         if (!fragment_total)
2056                 degraded_mode = 1;
2057         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
2058
2059         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
2060                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
2061
2062         /* prepare the pin queue for the next collection */
2063         sgen_finish_pinning ();
2064
2065         /* Clear TLABs for all threads */
2066         sgen_clear_tlabs ();
2067
2068         sgen_pin_stats_reset ();
2069
2070         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2071
2072         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2073                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2074
2075         TV_GETTIME (btv);
2076         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2077
2078         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2079         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2080
2081         TV_GETTIME (atv);
2082         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2083
2084         sgen_los_sweep ();
2085
2086         TV_GETTIME (btv);
2087         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2088
2089         major_collector.sweep ();
2090
2091         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2092
2093         TV_GETTIME (atv);
2094         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2095
2096         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2097
2098         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2099                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2100                 sgen_client_finalize_notify ();
2101         }
2102
2103         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2104         current_collection_generation = -1;
2105
2106         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2107         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2108
2109         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2110
2111         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2112         if (concurrent_collection_in_progress)
2113                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2114
2115         check_scan_starts ();
2116
2117         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2118
2119         //consistency_check ();
2120
2121         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2122 }
2123
2124 static gboolean
2125 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2126 {
2127         TV_DECLARE (time_start);
2128         TV_DECLARE (time_end);
2129         size_t old_next_pin_slot;
2130         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2131
2132         if (disable_major_collections)
2133                 return FALSE;
2134
2135         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2136                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2137                 g_assert (!num_marked);
2138         }
2139
2140         /* world must be stopped already */
2141         TV_GETTIME (time_start);
2142
2143         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2144         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2145         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2146         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2147
2148         TV_GETTIME (time_end);
2149         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2150
2151         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2152         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2153                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2154
2155         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2156 }
2157
2158 static void
2159 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2160 {
2161         TV_DECLARE (time_start);
2162         TV_DECLARE (time_end);
2163         long long num_objects_marked;
2164         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2165
2166         if (disable_major_collections)
2167                 return;
2168
2169         TV_GETTIME (time_start);
2170         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2171
2172         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2173         g_assert (num_objects_marked == 0);
2174
2175         binary_protocol_concurrent_start ();
2176
2177         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2178         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2179         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2180         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2181
2182         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2183
2184         TV_GETTIME (time_end);
2185         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2186
2187         current_collection_generation = -1;
2188 }
2189
2190 /*
2191  * Returns whether the major collection has finished.
2192  */
2193 static gboolean
2194 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2195 {
2196         return sgen_workers_all_done ();
2197 }
2198
2199 static void
2200 major_update_concurrent_collection (void)
2201 {
2202         TV_DECLARE (total_start);
2203         TV_DECLARE (total_end);
2204
2205         TV_GETTIME (total_start);
2206
2207         binary_protocol_concurrent_update ();
2208
2209         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2210         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2211
2212         TV_GETTIME (total_end);
2213         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2214 }
2215
2216 static void
2217 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2218 {
2219         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2220         TV_DECLARE (total_start);
2221         TV_DECLARE (total_end);
2222
2223         TV_GETTIME (total_start);
2224
2225         binary_protocol_concurrent_finish ();
2226
2227         /*
2228          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2229          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2230          * additional cardtable and object scanning.
2231          */
2232         sgen_workers_stop_all_workers ();
2233
2234         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2235         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2236
2237         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2238         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2239
2240         if (mod_union_consistency_check)
2241                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2242
2243         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2244         sgen_cement_reset ();
2245         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2246         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2247         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2248
2249         TV_GETTIME (total_end);
2250         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2251
2252         current_collection_generation = -1;
2253 }
2254
2255 /*
2256  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2257  *
2258  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2259  */
2260 void
2261 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2262 {
2263         int generation_to_collect = -1;
2264         const char *reason = NULL;
2265
2266         if (generation == GENERATION_OLD) {
2267                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2268                         reason = "LOS overflow";
2269                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2270                 }
2271         } else {
2272                 if (degraded_mode) {
2273                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2274                                 reason = "Degraded mode overflow";
2275                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2276                         }
2277                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2278                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2279                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2280                 } else {
2281                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2282                         reason = "Nursery full";                        
2283                 }
2284         }
2285
2286         if (generation_to_collect == -1) {
2287                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2288                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2289                         reason = "Finish concurrent collection";
2290                 }
2291         }
2292
2293         if (generation_to_collect == -1)
2294                 return;
2295         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2296 }
2297
2298 /*
2299  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2300  */
2301 void
2302 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2303 {
2304         TV_DECLARE (gc_total_start);
2305         TV_DECLARE (gc_total_end);
2306         int overflow_generation_to_collect = -1;
2307         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2308         const char *overflow_reason = NULL;
2309         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2310
2311         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2312
2313         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2314
2315         if (stw)
2316                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2317         else
2318                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2319                 
2320
2321         TV_GETTIME (gc_total_start);
2322
2323         // FIXME: extract overflow reason
2324         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2325         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2326                 if (concurrent_collection_in_progress)
2327                         major_update_concurrent_collection ();
2328
2329                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL) && !concurrent_collection_in_progress) {
2330                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2331                         overflow_reason = "Minor overflow";
2332                 }
2333         } else if (finish_concurrent) {
2334                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2335                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2336         } else {
2337                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2338                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2339                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL);
2340                         major_start_concurrent_collection (reason);
2341                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2342                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2343                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2344                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2345                 }
2346         }
2347
2348         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2349                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2350
2351                 /*
2352                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2353                  * or the nursery is fully pinned.
2354                  */
2355
2356                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2357                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL);
2358                 else
2359                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2360
2361                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2362         }
2363
2364         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2365
2366         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2367         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2368                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2369                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2370                 sgen_dump_pin_queue ();
2371                 degraded_mode = 1;
2372         }
2373
2374         TV_GETTIME (gc_total_end);
2375         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2376
2377         if (stw)
2378                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2379 }
2380
2381 /*
2382  * ######################################################################
2383  * ########  Memory allocation from the OS
2384  * ######################################################################
2385  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2386  * allocating memory for GC-internal data structures.
2387  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2388  */
2389
2390 /*
2391  * Debug reporting.
2392  */
2393 G_GNUC_UNUSED static void
2394 report_internal_mem_usage (void)
2395 {
2396         printf ("Internal memory usage:\n");
2397         sgen_report_internal_mem_usage ();
2398         printf ("Pinned memory usage:\n");
2399         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2400 }
2401
2402 /*
2403  * ######################################################################
2404  * ########  Finalization support
2405  * ######################################################################
2406  */
2407
2408 /*
2409  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2410  * If it is pinned it's still alive as well.
2411  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2412  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2413  */
2414 static inline gboolean
2415 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2416 {
2417         if (ptr_in_nursery (object))
2418                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2419
2420         return sgen_major_is_object_alive (object);
2421 }
2422
2423 /*
2424  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2425  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2426  * are never alive during a minor collection.
2427  */
2428 static inline int
2429 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2430 {
2431         if (ptr_in_nursery (object))
2432                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2433
2434         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2435                 return FALSE;
2436
2437         return sgen_major_is_object_alive (object);
2438 }
2439
2440
2441 gboolean
2442 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2443 {
2444         return !sgen_is_object_alive (object);
2445 }
2446
2447 void
2448 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2449 {
2450         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2451
2452         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2453
2454         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2455 }
2456
2457 gboolean
2458 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2459 {
2460         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2461 }
2462
2463 /*
2464  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2465  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2466  * all finalizers have really finished running.
2467  *
2468  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2469  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2470  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2471  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2472  */
2473
2474 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2475 volatile gboolean sgen_suspend_finalizers = FALSE;
2476
2477 void
2478 sgen_set_suspend_finalizers (void)
2479 {
2480         sgen_suspend_finalizers = TRUE;
2481 }
2482
2483 int
2484 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2485 {
2486         int count = 0;
2487
2488         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2489
2490         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2491         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2492                 GCObject *obj;
2493
2494                 LOCK_GC;
2495
2496                 /*
2497                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2498                  * finalizable object.
2499                  */
2500                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2501                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2502                         mono_memory_write_barrier ();
2503                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2504                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2505                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2506                         mono_memory_write_barrier ();
2507                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2508                 } else {
2509                         obj = NULL;
2510                 }
2511
2512                 if (obj)
2513                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2514
2515                 UNLOCK_GC;
2516
2517                 if (!obj)
2518                         break;
2519
2520                 count++;
2521                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2522                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2523                 sgen_client_run_finalize (obj);
2524         }
2525
2526         if (pending_unqueued_finalizer) {
2527                 mono_memory_write_barrier ();
2528                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2529         }
2530
2531         return count;
2532 }
2533
2534 gboolean
2535 sgen_have_pending_finalizers (void)
2536 {
2537         if (sgen_suspend_finalizers)
2538                 return FALSE;
2539         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2540 }
2541
2542 /*
2543  * ######################################################################
2544  * ########  registered roots support
2545  * ######################################################################
2546  */
2547
2548 /*
2549  * We do not coalesce roots.
2550  */
2551 int
2552 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2553 {
2554         RootRecord new_root;
2555         int i;
2556         LOCK_GC;
2557         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2558                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2559                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2560                 if (root) {
2561                         size_t old_size = root->end_root - start;
2562                         root->end_root = start + size;
2563                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2564                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2565                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2566                         root->root_desc = descr;
2567                         roots_size += size;
2568                         roots_size -= old_size;
2569                         UNLOCK_GC;
2570                         return TRUE;
2571                 }
2572         }
2573
2574         new_root.end_root = start + size;
2575         new_root.root_desc = descr;
2576         new_root.source = source;
2577         new_root.msg = msg;
2578
2579         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2580         roots_size += size;
2581
2582         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);
2583
2584         UNLOCK_GC;
2585         return TRUE;
2586 }
2587
2588 void
2589 sgen_deregister_root (char* addr)
2590 {
2591         int root_type;
2592         RootRecord root;
2593
2594         LOCK_GC;
2595         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2596                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2597                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2598         }
2599         UNLOCK_GC;
2600 }
2601
2602 /*
2603  * ######################################################################
2604  * ########  Thread handling (stop/start code)
2605  * ######################################################################
2606  */
2607
2608 int
2609 sgen_get_current_collection_generation (void)
2610 {
2611         return current_collection_generation;
2612 }
2613
2614 void*
2615 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2616 {
2617         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2618
2619         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2620
2621         return info;
2622 }
2623
2624 void
2625 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2626 {
2627         sgen_client_thread_unregister (p);
2628 }
2629
2630 /*
2631  * ######################################################################
2632  * ########  Write barriers
2633  * ######################################################################
2634  */
2635
2636 /*
2637  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2638  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2639  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2640  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2641  */
2642
2643 void
2644 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2645 {
2646         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2647         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2648         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2649                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2650                 return;
2651         }
2652
2653 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2654         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2655                 int i;
2656                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2657                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2658                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2659                         if (obj)
2660                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2661                 }
2662         }
2663 #endif
2664
2665         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2666 }
2667
2668 void
2669 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2670 {
2671         gpointer obj;
2672
2673         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2674
2675         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2676
2677         obj = *(gpointer*)ptr;
2678         if (obj)
2679                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2680
2681         /*
2682          * We need to record old->old pointer locations for the
2683          * concurrent collector.
2684          */
2685         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2686                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2687                 return;
2688         }
2689
2690         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2691
2692         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2693 }
2694
2695 void
2696 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2697 {
2698         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2699         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2700         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2701                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2702         sgen_dummy_use (value);
2703 }
2704
2705 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2706  * as an atomic operation with release semantics.
2707  */
2708 void
2709 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2710 {
2711         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2712
2713         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2714
2715         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2716
2717         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2718                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2719
2720         sgen_dummy_use (value);
2721 }
2722
2723 void
2724 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2725 {
2726         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2727         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2728
2729         while (size) {
2730                 if (bitmap & 0x1)
2731                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2732                 else
2733                         *dest = *src;
2734                 ++src;
2735                 ++dest;
2736                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2737                 bitmap >>= 1;
2738         }
2739 }
2740
2741 /*
2742  * ######################################################################
2743  * ########  Other mono public interface functions.
2744  * ######################################################################
2745  */
2746
2747 void
2748 sgen_gc_collect (int generation)
2749 {
2750         LOCK_GC;
2751         if (generation > 1)
2752                 generation = 1;
2753         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2754         UNLOCK_GC;
2755 }
2756
2757 int
2758 sgen_gc_collection_count (int generation)
2759 {
2760         if (generation == 0)
2761                 return gc_stats.minor_gc_count;
2762         return gc_stats.major_gc_count;
2763 }
2764
2765 size_t
2766 sgen_gc_get_used_size (void)
2767 {
2768         gint64 tot = 0;
2769         LOCK_GC;
2770         tot = los_memory_usage;
2771         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2772         tot += major_collector.get_used_size ();
2773         /* FIXME: account for pinned objects */
2774         UNLOCK_GC;
2775         return tot;
2776 }
2777
2778 void
2779 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2780 {
2781         va_list ap;
2782
2783         va_start (ap, description_format);
2784
2785         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2786         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2787         if (fallback)
2788                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2789         fprintf (stderr, "\n");
2790
2791         va_end (ap);
2792 }
2793
2794 static gboolean
2795 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2796 {
2797         char *endptr;
2798         double val = strtod (opt, &endptr);
2799         if (endptr == opt) {
2800                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2801                 return FALSE;
2802         }
2803         else if (val < min || val > max) {
2804                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2805                 return FALSE;
2806         }
2807         *result = val;
2808         return TRUE;
2809 }
2810
2811 void
2812 sgen_gc_init (void)
2813 {
2814         const char *env;
2815         char **opts, **ptr;
2816         char *major_collector_opt = NULL;
2817         char *minor_collector_opt = NULL;
2818         char *params_opts = NULL;
2819         char *debug_opts = NULL;
2820         size_t max_heap = 0;
2821         size_t soft_limit = 0;
2822         int result;
2823         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2824         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2825         gboolean cement_enabled = TRUE;
2826
2827         do {
2828                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2829                 switch (result) {
2830                 case 1:
2831                         /* already inited */
2832                         return;
2833                 case -1:
2834                         /* being inited by another thread */
2835                         mono_thread_info_usleep (1000);
2836                         break;
2837                 case 0:
2838                         /* we will init it */
2839                         break;
2840                 default:
2841                         g_assert_not_reached ();
2842                 }
2843         } while (result != 0);
2844
2845         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2846
2847 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2848         mono_thread_smr_init ();
2849 #endif
2850
2851         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2852
2853         gc_debug_file = stderr;
2854
2855         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2856
2857         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME)) || gc_params_options) {
2858                 params_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_params_options ? gc_params_options : "", env ? env : "");
2859         }
2860
2861         if (params_opts) {
2862                 opts = g_strsplit (params_opts, ",", -1);
2863                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2864                         char *opt = *ptr;
2865                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2866                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2867                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2868                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2869                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2870                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2871                         }
2872                 }
2873         } else {
2874                 opts = NULL;
2875         }
2876
2877         init_stats ();
2878         sgen_init_internal_allocator ();
2879         sgen_init_nursery_allocator ();
2880         sgen_init_fin_weak_hash ();
2881         sgen_init_hash_table ();
2882         sgen_init_descriptors ();
2883         sgen_init_gray_queues ();
2884         sgen_init_allocator ();
2885         sgen_init_gchandles ();
2886
2887         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2888         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2889
2890         sgen_client_init ();
2891
2892         if (!minor_collector_opt) {
2893                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2894         } else {
2895                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2896                 use_simple_nursery:
2897                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2898                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2899                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2900                 } else {
2901                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2902                         goto use_simple_nursery;
2903                 }
2904         }
2905
2906         if (!major_collector_opt) {
2907         use_default_major:
2908                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2909         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2910                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2911         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2912                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2913         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc-par")) {
2914                 sgen_marksweep_conc_par_init (&major_collector);
2915         } else {
2916                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2917                 goto use_default_major;
2918         }
2919
2920         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2921
2922         if (opts) {
2923                 gboolean usage_printed = FALSE;
2924
2925                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2926                         char *opt = *ptr;
2927                         if (!strcmp (opt, ""))
2928                                 continue;
2929                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2930                                 continue;
2931                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2932                                 continue;
2933                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2934                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2935                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2936                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2937                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2938                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2939                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2940                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2941                                 } else {
2942                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2943                                 }
2944                                 continue;
2945                         }
2946                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2947                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2948                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2949                                         if (soft_limit <= 0) {
2950                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2951                                                 soft_limit = 0;
2952                                         }
2953                                 } else {
2954                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2955                                 }
2956                                 continue;
2957                         }
2958
2959 #ifdef USER_CONFIG
2960                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2961                                 size_t val;
2962                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2963                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2964                                         if ((val & (val - 1))) {
2965                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2966                                                 continue;
2967                                         }
2968
2969                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2970                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2971                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2972                                                 continue;
2973                                         }
2974
2975                                         sgen_nursery_size = val;
2976                                         sgen_nursery_bits = 0;
2977                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2978                                                 ;
2979                                 } else {
2980                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2981                                         continue;
2982                                 }
2983                                 continue;
2984                         }
2985 #endif
2986                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2987                                 double val;
2988                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2989                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2990                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2991                                         save_target = val;
2992                                 }
2993                                 continue;
2994                         }
2995                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2996                                 double val;
2997                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2998                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2999                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
3000                                         allowance_ratio = val;
3001                                 }
3002                                 continue;
3003                         }
3004
3005                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
3006                                 cement_enabled = TRUE;
3007                                 continue;
3008                         }
3009                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
3010                                 cement_enabled = FALSE;
3011                                 continue;
3012                         }
3013
3014                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
3015                                 precleaning_enabled = TRUE;
3016                                 continue;
3017                         }
3018                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
3019                                 precleaning_enabled = FALSE;
3020                                 continue;
3021                         }
3022
3023                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
3024                                 continue;
3025
3026                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
3027                                 continue;
3028
3029                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
3030                                 continue;
3031
3032                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3033
3034                         if (usage_printed)
3035                                 continue;
3036
3037                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
3038                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3039                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3040                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3041                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
3042                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
3043                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
3044                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
3045                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
3046                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
3047                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
3048                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
3049                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
3050                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
3051                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
3052                         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);
3053                         fprintf (stderr, "\n");
3054
3055                         usage_printed = TRUE;
3056                 }
3057                 g_strfreev (opts);
3058         }
3059
3060         if (major_collector_opt)
3061                 g_free (major_collector_opt);
3062
3063         if (minor_collector_opt)
3064                 g_free (minor_collector_opt);
3065
3066         if (params_opts)
3067                 g_free (params_opts);
3068
3069         alloc_nursery ();
3070
3071         sgen_pinning_init ();
3072         sgen_cement_init (cement_enabled);
3073
3074         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME)) || gc_debug_options) {
3075                 debug_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_debug_options ? gc_debug_options  : "", env ? env : "");
3076         }
3077
3078         if (debug_opts) {
3079                 gboolean usage_printed = FALSE;
3080
3081                 opts = g_strsplit (debug_opts, ",", -1);
3082                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
3083                         char *opt = *ptr;
3084                         if (!strcmp (opt, ""))
3085                                 continue;
3086                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3087                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3088                                 opt++;
3089                                 if (opt [0] == ':')
3090                                         opt++;
3091                                 if (opt [0]) {
3092                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3093                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3094                                         if (!gc_debug_file)
3095                                                 gc_debug_file = stderr;
3096                                         g_free (rf);
3097                                 }
3098                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3099                                 debug_print_allowance = TRUE;
3100                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3101                                 sgen_pin_stats_enable ();
3102                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3103                                 verify_before_allocs = 1;
3104                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3105                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3106                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3107                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3108                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3109                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3110                                 collect_before_allocs = 1;
3111                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3112                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3113                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3114                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3115                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3116                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3117                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3118                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3119                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3120                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3121                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3122                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3123                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3124                                         continue;
3125                                 }
3126                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3127                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3128                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3129                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3130                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3131                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3132                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3133                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3134                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3135                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3136                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3137                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3138                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3139                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3140                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3141                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3142                                 do_verify_nursery = TRUE;
3143                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3144                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3145                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3146                                         continue;
3147                                 }
3148                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3149                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3150                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3151                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3152                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3153                                 disable_minor_collections = TRUE;
3154                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3155                                 disable_major_collections = TRUE;
3156                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3157                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3158                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3159                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3160                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3161                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3162                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3163                                 size_t limit = 0;
3164                                 if (colon) {
3165                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3166                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3167                                                 limit = -1;
3168                                         }
3169                                         *colon = '\0';
3170                                 }
3171                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3172                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3173                                 do_verify_nursery = TRUE;
3174                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3175                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3176                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3177
3178                                 if (usage_printed)
3179                                         continue;
3180
3181                                 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);
3182                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3183                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3184                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3185                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3186                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3187                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3188                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3189                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3190                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3191                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3192                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3193                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3194                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3195                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3196                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3197                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3198                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3199                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3200                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3201                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3202                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3203                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3204                                 fprintf (stderr, "\n");
3205
3206                                 usage_printed = TRUE;
3207                         }
3208                 }
3209                 g_strfreev (opts);
3210         }
3211
3212         if (debug_opts)
3213                 g_free (debug_opts);
3214
3215         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3216                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3217
3218         if (major_collector.post_param_init)
3219                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3220
3221         if (major_collector.needs_thread_pool) {
3222                 int num_workers = 1;
3223                 if (major_collector.is_parallel) {
3224                         /* FIXME Detect the number of physical cores, instead of logical */
3225                         num_workers = mono_cpu_count () / 2;
3226                         if (num_workers < 1)
3227                                 num_workers = 1;
3228                 }
3229                 sgen_workers_init (num_workers, (SgenWorkerCallback) major_collector.worker_init_cb);
3230         }
3231
3232         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3233
3234         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3235
3236         sgen_card_table_init (&remset);
3237
3238         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");
3239
3240         gc_initialized = 1;
3241
3242         sgen_init_bridge ();
3243 }
3244
3245 gboolean
3246 sgen_gc_initialized ()
3247 {
3248         return gc_initialized > 0;
3249 }
3250
3251 NurseryClearPolicy
3252 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3253 {
3254         return nursery_clear_policy;
3255 }
3256
3257 void
3258 sgen_gc_lock (void)
3259 {
3260         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3261 }
3262
3263 void
3264 sgen_gc_unlock (void)
3265 {
3266         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3267 }
3268
3269 void
3270 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3271 {
3272         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3273 }
3274
3275 void
3276 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3277 {
3278         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3279 }
3280
3281 SgenMajorCollector*
3282 sgen_get_major_collector (void)
3283 {
3284         return &major_collector;
3285 }
3286
3287 SgenRememberedSet*
3288 sgen_get_remset (void)
3289 {
3290         return &remset;
3291 }
3292
3293 static void
3294 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3295 {
3296         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3297         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3298 }
3299
3300 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3301
3302 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3303 void
3304 sgen_stop_world (int generation)
3305 {
3306         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3307
3308         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3309
3310         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3311
3312         sgen_client_stop_world (generation);
3313
3314         world_is_stopped = TRUE;
3315
3316         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3317                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3318         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3319 }
3320
3321 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3322 void
3323 sgen_restart_world (int generation)
3324 {
3325         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3326         gint64 stw_time;
3327
3328         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3329
3330         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3331                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3332         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3333
3334         world_is_stopped = FALSE;
3335
3336         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3337
3338         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3339
3340         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3341                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3342
3343         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3344 }
3345
3346 gboolean
3347 sgen_is_world_stopped (void)
3348 {
3349         return world_is_stopped;
3350 }
3351
3352 void
3353 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3354 {
3355         sgen_stop_world (0);
3356         sgen_clear_nursery_fragments ();
3357         sgen_check_whole_heap (TRUE);
3358         sgen_restart_world (0);
3359 }
3360
3361 gint64
3362 sgen_timestamp (void)
3363 {
3364         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3365         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3366         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3367 }
3368
3369 #endif /* HAVE_SGEN_GC */