[sgen] Enqueue preclean through a worker finish callback
[mono.git] / mono / sgen / sgen-gc.c
1 /*
2  * sgen-gc.c: Simple generational GC.
3  *
4  * Author:
5  *      Paolo Molaro (lupus@ximian.com)
6  *  Rodrigo Kumpera (kumpera@gmail.com)
7  *
8  * Copyright 2005-2011 Novell, Inc (http://www.novell.com)
9  * Copyright 2011 Xamarin Inc (http://www.xamarin.com)
10  *
11  * Thread start/stop adapted from Boehm's GC:
12  * Copyright (c) 1994 by Xerox Corporation.  All rights reserved.
13  * Copyright (c) 1996 by Silicon Graphics.  All rights reserved.
14  * Copyright (c) 1998 by Fergus Henderson.  All rights reserved.
15  * Copyright (c) 2000-2004 by Hewlett-Packard Company.  All rights reserved.
16  * Copyright 2001-2003 Ximian, Inc
17  * Copyright 2003-2010 Novell, Inc.
18  * Copyright 2011 Xamarin, Inc.
19  * Copyright (C) 2012 Xamarin Inc
20  *
21  * Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.
22  *
23  * Important: allocation provides always zeroed memory, having to do
24  * a memset after allocation is deadly for performance.
25  * Memory usage at startup is currently as follows:
26  * 64 KB pinned space
27  * 64 KB internal space
28  * size of nursery
29  * We should provide a small memory config with half the sizes
30  *
31  * We currently try to make as few mono assumptions as possible:
32  * 1) 2-word header with no GC pointers in it (first vtable, second to store the
33  *    forwarding ptr)
34  * 2) gc descriptor is the second word in the vtable (first word in the class)
35  * 3) 8 byte alignment is the minimum and enough (not true for special structures (SIMD), FIXME)
36  * 4) there is a function to get an object's size and the number of
37  *    elements in an array.
38  * 5) we know the special way bounds are allocated for complex arrays
39  * 6) we know about proxies and how to treat them when domains are unloaded
40  *
41  * Always try to keep stack usage to a minimum: no recursive behaviour
42  * and no large stack allocs.
43  *
44  * General description.
45  * Objects are initially allocated in a nursery using a fast bump-pointer technique.
46  * When the nursery is full we start a nursery collection: this is performed with a
47  * copying GC.
48  * When the old generation is full we start a copying GC of the old generation as well:
49  * this will be changed to mark&sweep with copying when fragmentation becomes to severe
50  * in the future.  Maybe we'll even do both during the same collection like IMMIX.
51  *
52  * The things that complicate this description are:
53  * *) pinned objects: we can't move them so we need to keep track of them
54  * *) no precise info of the thread stacks and registers: we need to be able to
55  *    quickly find the objects that may be referenced conservatively and pin them
56  *    (this makes the first issues more important)
57  * *) large objects are too expensive to be dealt with using copying GC: we handle them
58  *    with mark/sweep during major collections
59  * *) some objects need to not move even if they are small (interned strings, Type handles):
60  *    we use mark/sweep for them, too: they are not allocated in the nursery, but inside
61  *    PinnedChunks regions
62  */
63
64 /*
65  * TODO:
66
67  *) we could have a function pointer in MonoClass to implement
68   customized write barriers for value types
69
70  *) investigate the stuff needed to advance a thread to a GC-safe
71   point (single-stepping, read from unmapped memory etc) and implement it.
72   This would enable us to inline allocations and write barriers, for example,
73   or at least parts of them, like the write barrier checks.
74   We may need this also for handling precise info on stacks, even simple things
75   as having uninitialized data on the stack and having to wait for the prolog
76   to zero it. Not an issue for the last frame that we scan conservatively.
77   We could always not trust the value in the slots anyway.
78
79  *) modify the jit to save info about references in stack locations:
80   this can be done just for locals as a start, so that at least
81   part of the stack is handled precisely.
82
83  *) test/fix endianess issues
84
85  *) Implement a card table as the write barrier instead of remembered
86     sets?  Card tables are not easy to implement with our current
87     memory layout.  We have several different kinds of major heap
88     objects: Small objects in regular blocks, small objects in pinned
89     chunks and LOS objects.  If we just have a pointer we have no way
90     to tell which kind of object it points into, therefore we cannot
91     know where its card table is.  The least we have to do to make
92     this happen is to get rid of write barriers for indirect stores.
93     (See next item)
94
95  *) Get rid of write barriers for indirect stores.  We can do this by
96     telling the GC to wbarrier-register an object once we do an ldloca
97     or ldelema on it, and to unregister it once it's not used anymore
98     (it can only travel downwards on the stack).  The problem with
99     unregistering is that it needs to happen eventually no matter
100     what, even if exceptions are thrown, the thread aborts, etc.
101     Rodrigo suggested that we could do only the registering part and
102     let the collector find out (pessimistically) when it's safe to
103     unregister, namely when the stack pointer of the thread that
104     registered the object is higher than it was when the registering
105     happened.  This might make for a good first implementation to get
106     some data on performance.
107
108  *) Some sort of blacklist support?  Blacklists is a concept from the
109     Boehm GC: if during a conservative scan we find pointers to an
110     area which we might use as heap, we mark that area as unusable, so
111     pointer retention by random pinning pointers is reduced.
112
113  *) experiment with max small object size (very small right now - 2kb,
114     because it's tied to the max freelist size)
115
116   *) add an option to mmap the whole heap in one chunk: it makes for many
117      simplifications in the checks (put the nursery at the top and just use a single
118      check for inclusion/exclusion): the issue this has is that on 32 bit systems it's
119      not flexible (too much of the address space may be used by default or we can't
120      increase the heap as needed) and we'd need a race-free mechanism to return memory
121      back to the system (mprotect(PROT_NONE) will still keep the memory allocated if it
122      was written to, munmap is needed, but the following mmap may not find the same segment
123      free...)
124
125  *) memzero the major fragments after restarting the world and optionally a smaller
126     chunk at a time
127
128  *) investigate having fragment zeroing threads
129
130  *) separate locks for finalization and other minor stuff to reduce
131     lock contention
132
133  *) try a different copying order to improve memory locality
134
135  *) a thread abort after a store but before the write barrier will
136     prevent the write barrier from executing
137
138  *) specialized dynamically generated markers/copiers
139
140  *) Dynamically adjust TLAB size to the number of threads.  If we have
141     too many threads that do allocation, we might need smaller TLABs,
142     and we might get better performance with larger TLABs if we only
143     have a handful of threads.  We could sum up the space left in all
144     assigned TLABs and if that's more than some percentage of the
145     nursery size, reduce the TLAB size.
146
147  *) Explore placing unreachable objects on unused nursery memory.
148         Instead of memset'ng a region to zero, place an int[] covering it.
149         A good place to start is add_nursery_frag. The tricky thing here is
150         placing those objects atomically outside of a collection.
151
152  *) Allocation should use asymmetric Dekker synchronization:
153         http://blogs.oracle.com/dave/resource/Asymmetric-Dekker-Synchronization.txt
154         This should help weak consistency archs.
155  */
156 #include "config.h"
157 #ifdef HAVE_SGEN_GC
158
159 #ifdef __MACH__
160 #undef _XOPEN_SOURCE
161 #define _XOPEN_SOURCE
162 #define _DARWIN_C_SOURCE
163 #endif
164
165 #ifdef HAVE_UNISTD_H
166 #include <unistd.h>
167 #endif
168 #ifdef HAVE_PTHREAD_H
169 #include <pthread.h>
170 #endif
171 #ifdef HAVE_PTHREAD_NP_H
172 #include <pthread_np.h>
173 #endif
174 #include <stdio.h>
175 #include <string.h>
176 #include <errno.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <stdlib.h>
179
180 #include "mono/sgen/sgen-gc.h"
181 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
182 #include "mono/sgen/sgen-protocol.h"
183 #include "mono/sgen/sgen-memory-governor.h"
184 #include "mono/sgen/sgen-hash-table.h"
185 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
186 #include "mono/sgen/sgen-pinning.h"
187 #include "mono/sgen/sgen-workers.h"
188 #include "mono/sgen/sgen-client.h"
189 #include "mono/sgen/sgen-pointer-queue.h"
190 #include "mono/sgen/gc-internal-agnostic.h"
191 #include "mono/utils/mono-proclib.h"
192 #include "mono/utils/mono-memory-model.h"
193 #include "mono/utils/hazard-pointer.h"
194
195 #include <mono/utils/memcheck.h>
196
197 #undef pthread_create
198 #undef pthread_join
199 #undef pthread_detach
200
201 /*
202  * ######################################################################
203  * ########  Types and constants used by the GC.
204  * ######################################################################
205  */
206
207 /* 0 means not initialized, 1 is initialized, -1 means in progress */
208 static int gc_initialized = 0;
209 /* If set, check if we need to do something every X allocations */
210 gboolean has_per_allocation_action;
211 /* If set, do a heap check every X allocation */
212 guint32 verify_before_allocs = 0;
213 /* If set, do a minor collection before every X allocation */
214 guint32 collect_before_allocs = 0;
215 /* If set, do a whole heap check before each collection */
216 static gboolean whole_heap_check_before_collection = FALSE;
217 /* If set, do a remset consistency check at various opportunities */
218 static gboolean remset_consistency_checks = FALSE;
219 /* If set, do a mod union consistency check before each finishing collection pause */
220 static gboolean mod_union_consistency_check = FALSE;
221 /* If set, check whether mark bits are consistent after major collections */
222 static gboolean check_mark_bits_after_major_collection = FALSE;
223 /* If set, check that all nursery objects are pinned/not pinned, depending on context */
224 static gboolean check_nursery_objects_pinned = FALSE;
225 /* If set, do a few checks when the concurrent collector is used */
226 static gboolean do_concurrent_checks = FALSE;
227 /* If set, do a plausibility check on the scan_starts before and after
228    each collection */
229 static gboolean do_scan_starts_check = FALSE;
230
231 static gboolean disable_minor_collections = FALSE;
232 static gboolean disable_major_collections = FALSE;
233 static gboolean do_verify_nursery = FALSE;
234 static gboolean do_dump_nursery_content = FALSE;
235 static gboolean enable_nursery_canaries = FALSE;
236
237 static gboolean precleaning_enabled = TRUE;
238
239 #ifdef HEAVY_STATISTICS
240 guint64 stat_objects_alloced_degraded = 0;
241 guint64 stat_bytes_alloced_degraded = 0;
242
243 guint64 stat_copy_object_called_nursery = 0;
244 guint64 stat_objects_copied_nursery = 0;
245 guint64 stat_copy_object_called_major = 0;
246 guint64 stat_objects_copied_major = 0;
247
248 guint64 stat_scan_object_called_nursery = 0;
249 guint64 stat_scan_object_called_major = 0;
250
251 guint64 stat_slots_allocated_in_vain;
252
253 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_from_space = 0;
254 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_forwarded = 0;
255 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_pinned = 0;
256 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_to_space = 0;
257
258 static guint64 stat_wbarrier_add_to_global_remset = 0;
259 static guint64 stat_wbarrier_arrayref_copy = 0;
260 static guint64 stat_wbarrier_generic_store = 0;
261 static guint64 stat_wbarrier_generic_store_atomic = 0;
262 static guint64 stat_wbarrier_set_root = 0;
263 #endif
264
265 static guint64 stat_pinned_objects = 0;
266
267 static guint64 time_minor_pre_collection_fragment_clear = 0;
268 static guint64 time_minor_pinning = 0;
269 static guint64 time_minor_scan_remsets = 0;
270 static guint64 time_minor_scan_pinned = 0;
271 static guint64 time_minor_scan_roots = 0;
272 static guint64 time_minor_finish_gray_stack = 0;
273 static guint64 time_minor_fragment_creation = 0;
274
275 static guint64 time_major_pre_collection_fragment_clear = 0;
276 static guint64 time_major_pinning = 0;
277 static guint64 time_major_scan_pinned = 0;
278 static guint64 time_major_scan_roots = 0;
279 static guint64 time_major_scan_mod_union = 0;
280 static guint64 time_major_finish_gray_stack = 0;
281 static guint64 time_major_free_bigobjs = 0;
282 static guint64 time_major_los_sweep = 0;
283 static guint64 time_major_sweep = 0;
284 static guint64 time_major_fragment_creation = 0;
285
286 static guint64 time_max = 0;
287
288 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_start);
289 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_end);
290
291 int gc_debug_level = 0;
292 FILE* gc_debug_file;
293 static char* gc_params_options;
294 static char* gc_debug_options;
295
296 /*
297 void
298 mono_gc_flush_info (void)
299 {
300         fflush (gc_debug_file);
301 }
302 */
303
304 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
305 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
306 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
307
308 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
309
310 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
311
312 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
313 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
314 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
315
316 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
317
318 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
319
320 gboolean
321 nursery_canaries_enabled (void)
322 {
323         return enable_nursery_canaries;
324 }
325
326 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
327
328 #if defined(HAVE_CONC_GC_AS_DEFAULT)
329 /* Use concurrent major on deskstop platforms */
330 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_conc_init
331 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep-conc"
332 #else
333 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_init
334 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep"
335 #endif
336
337 /*
338  * ######################################################################
339  * ########  Global data.
340  * ######################################################################
341  */
342 MonoCoopMutex gc_mutex;
343
344 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
345
346 size_t degraded_mode = 0;
347
348 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
349
350 GCMemSection *nursery_section = NULL;
351 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
352 static volatile mword highest_heap_address = 0;
353
354 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
355
356 int current_collection_generation = -1;
357 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
358
359 /* objects that are ready to be finalized */
360 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
361 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
362
363 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
364 /* 
365  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
366  */
367 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
368         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
369         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
370         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
371 };
372 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
373
374 /* The size of a TLAB */
375 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
376  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
377  * FIXME: Tune this.
378  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
379  */
380 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
381
382 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
383
384 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
385
386 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
387
388 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
389 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
390 #endif
391
392 /*Object was pinned during the current collection*/
393 static mword objects_pinned;
394
395 /*
396  * ######################################################################
397  * ########  Macros and function declarations.
398  * ######################################################################
399  */
400
401 /* forward declarations */
402 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
403
404 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
405 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
406
407
408 SgenMajorCollector major_collector;
409 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
410
411 static SgenRememberedSet remset;
412
413 /*
414  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
415  * concurrent, we use the main gray queue.
416  */
417 static SgenGrayQueue*
418 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data, SgenGrayQueue *default_gray_queue)
419 {
420         if (worker_data)
421                 return &worker_data->private_gray_queue;
422         SGEN_ASSERT (0, default_gray_queue, "Why don't we have a default gray queue when we're not running in a worker thread?");
423         return default_gray_queue;
424 }
425
426 static void
427 gray_queue_enable_redirect (SgenGrayQueue *queue)
428 {
429         SGEN_ASSERT (0, concurrent_collection_in_progress, "Where are we redirecting the gray queue to, without a concurrent collection?");
430
431         sgen_gray_queue_set_alloc_prepare (queue, sgen_workers_take_from_queue_and_awake);
432         sgen_workers_take_from_queue_and_awake (queue);
433 }
434
435 void
436 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
437 {
438         while (start < end) {
439                 size_t size;
440                 char *obj;
441
442                 if (!*(void**)start) {
443                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
444                         continue;
445                 }
446
447                 if (allow_flags) {
448                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
449                                 obj = start;
450                 } else {
451                         obj = start;
452                 }
453
454                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
455                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
456                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
457                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
458                         CANARIFY_SIZE (size);
459                 } else {
460                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
461                 }
462
463                 start += size;
464         }
465 }
466
467 /*
468  * sgen_add_to_global_remset:
469  *
470  *   The global remset contains locations which point into newspace after
471  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
472  *
473  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
474  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
475  */
476 void
477 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
478 {
479         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
480
481         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
482
483         if (!major_collector.is_concurrent) {
484                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
485         } else {
486                 if (current_collection_generation == -1)
487                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
488         }
489
490         if (!object_is_pinned (obj))
491                 SGEN_ASSERT (5, sgen_minor_collector.is_split || sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Non-pinned objects can only remain in nursery if it is a split nursery");
492         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
493                 return;
494
495         remset.record_pointer (ptr);
496
497         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
498
499         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
500         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
501 }
502
503 /*
504  * sgen_drain_gray_stack:
505  *
506  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
507  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
508  * usage.
509  *
510  */
511 gboolean
512 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
513 {
514         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
515         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
516
517         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
518                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
519
520         for (;;) {
521                 GCObject *obj;
522                 SgenDescriptor desc;
523                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
524                 if (!obj)
525                         return TRUE;
526                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
527                 scan_func (obj, desc, queue);
528         }
529         return FALSE;
530 }
531
532 /*
533  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
534  * the object header for each address and pins the object. The
535  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
536  * address array is overwritten with the addresses of the actually
537  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
538  */
539 static int
540 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
541 {
542         GCMemSection *section = nursery_section;
543         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
544         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
545         void *start_nursery = section->data;
546         void *end_nursery = section->next_data;
547         void *last = NULL;
548         int count = 0;
549         void *search_start;
550         void *addr;
551         void *pinning_front = start_nursery;
552         size_t idx;
553         void **definitely_pinned = start;
554         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
555         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
556
557         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
558
559         while (start < end) {
560                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
561                 size_t obj_to_pin_size = 0;
562                 SgenDescriptor desc;
563
564                 addr = *start;
565
566                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
567                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
568
569                 if (addr == last) {
570                         ++start;
571                         continue;
572                 }
573
574                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
575                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
576                 if (addr < pinning_front) {
577                         start++;
578                         continue;
579                 }
580
581                 /*
582                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
583                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
584                  * start at start_nursery.
585                  */
586                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
587                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
588                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
589                 if (!search_start || search_start > addr) {
590                         while (idx) {
591                                 --idx;
592                                 search_start = section->scan_starts [idx];
593                                 if (search_start && search_start <= addr)
594                                         break;
595                         }
596                         if (!search_start || search_start > addr)
597                                 search_start = start_nursery;
598                 }
599
600                 /*
601                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
602                  * searching at the front.
603                  */
604                 if (search_start < pinning_front)
605                         search_start = pinning_front;
606
607                 /*
608                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
609                  *
610                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
611                  */
612                 do {
613                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
614
615                         /* Skip zeros. */
616                         if (!*(void**)search_start) {
617                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
618                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
619                                 continue;
620                         }
621
622                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
623
624                         /*
625                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
626                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
627                          * either.
628                          */
629                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
630                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
631                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
632
633                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
634                                         /* This is the object we're looking for. */
635                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
636                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
637                                         break;
638                                 }
639                         }
640
641                         /* Skip to the next object */
642                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
643                 } while (search_start <= addr);
644
645                 /* We've searched past the address we were looking for. */
646                 if (!obj_to_pin) {
647                         pinning_front = search_start;
648                         goto next_pin_queue_entry;
649                 }
650
651                 /*
652                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
653                  * can advance the pinning front in any case.
654                  */
655                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
656
657                 /*
658                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
659                  * fragment, we don't pin it.
660                  */
661                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
662                         goto next_pin_queue_entry;
663
664                 /*
665                  * Finally - pin the object!
666                  */
667                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
668                 if (do_scan_objects) {
669                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
670                 } else {
671                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
672                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
673                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
674                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
675                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
676
677                         pin_object (obj_to_pin);
678                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
679                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
680                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
681                         count++;
682                 }
683                 if (concurrent_collection_in_progress)
684                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
685
686         next_pin_queue_entry:
687                 last = addr;
688                 ++start;
689         }
690         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
691         stat_pinned_objects += count;
692         return count;
693 }
694
695 static void
696 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
697 {
698         size_t reduced_to;
699
700         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
701                 return;
702
703         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
704         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
705 }
706
707 /*
708  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
709  * when we can't promote an object because we're out of memory.
710  */
711 void
712 sgen_pin_object (GCObject *object, SgenGrayQueue *queue)
713 {
714         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
715
716         /*
717          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
718          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
719          */
720         sgen_pin_stage_ptr (object);
721
722         SGEN_PIN_OBJECT (object);
723         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
724
725         ++objects_pinned;
726         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
727
728         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
729 }
730
731 /* Sort the addresses in array in increasing order.
732  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
733  */
734 void
735 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
736 {
737         size_t i;
738         void *tmp;
739
740         for (i = 1; i < size; ++i) {
741                 size_t child = i;
742                 while (child > 0) {
743                         size_t parent = (child - 1) / 2;
744
745                         if (array [parent] >= array [child])
746                                 break;
747
748                         tmp = array [parent];
749                         array [parent] = array [child];
750                         array [child] = tmp;
751
752                         child = parent;
753                 }
754         }
755
756         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
757                 size_t end, root;
758                 tmp = array [i];
759                 array [i] = array [0];
760                 array [0] = tmp;
761
762                 end = i - 1;
763                 root = 0;
764
765                 while (root * 2 + 1 <= end) {
766                         size_t child = root * 2 + 1;
767
768                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
769                                 ++child;
770                         if (array [root] >= array [child])
771                                 break;
772
773                         tmp = array [root];
774                         array [root] = array [child];
775                         array [child] = tmp;
776
777                         root = child;
778                 }
779         }
780 }
781
782 /* 
783  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
784  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
785  * Typically used for thread stacks.
786  */
787 void
788 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
789 {
790         int count = 0;
791
792         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
793
794 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
795         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
796 #endif
797
798         while (start < end) {
799                 /*
800                  * *start can point to the middle of an object
801                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
802                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
803                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
804                  * may keep the only reference to an object by pointing
805                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
806                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
807                  * from pointers to the start of the next object in memory
808                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
809                  * We queue the pointer in an array, the
810                  * array will then be sorted and uniqued. This way
811                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
812                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
813                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
814                  * alignment, so the unique process is more effective.
815                  */
816                 mword addr = (mword)*start;
817                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
818                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
819                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
820                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
821                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
822                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
823                         count++;
824                 }
825                 start++;
826         }
827         if (count)
828                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
829 }
830
831 /*
832  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
833  * This function considers all the areas of memory that need to be
834  * conservatively scanned.
835  */
836 static void
837 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
838 {
839         void **start_root;
840         RootRecord *root;
841         SGEN_LOG (2, "Scanning pinned roots (%d bytes, %d/%d entries)", (int)roots_size, roots_hash [ROOT_TYPE_NORMAL].num_entries, roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED].num_entries);
842         /* objects pinned from the API are inside these roots */
843         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
844                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
845                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
846         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
847         /* now deal with the thread stacks
848          * in the future we should be able to conservatively scan only:
849          * *) the cpu registers
850          * *) the unmanaged stack frames
851          * *) the _last_ managed stack frame
852          * *) pointers slots in managed frames
853          */
854         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
855 }
856
857 static void
858 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
859 {
860         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
861         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
862 }
863
864 /*
865  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
866  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
867  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
868  * This functions copies them to to_space updates them.
869  *
870  * This function is not thread-safe!
871  */
872 static void
873 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
874 {
875         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
876         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
877
878         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
879         case ROOT_DESC_BITMAP:
880                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
881                 while (desc) {
882                         if ((desc & 1) && *start_root) {
883                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
884                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
885                         }
886                         desc >>= 1;
887                         start_root++;
888                 }
889                 return;
890         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
891                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
892                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
893                 void **start_run = start_root;
894                 bitmap_data++;
895                 while (bwords-- > 0) {
896                         gsize bmap = *bitmap_data++;
897                         void **objptr = start_run;
898                         while (bmap) {
899                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
900                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
901                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
902                                 }
903                                 bmap >>= 1;
904                                 ++objptr;
905                         }
906                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
907                 }
908                 break;
909         }
910         case ROOT_DESC_USER: {
911                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
912                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
913                 break;
914         }
915         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
916                 g_assert_not_reached ();
917         default:
918                 g_assert_not_reached ();
919         }
920 }
921
922 static void
923 reset_heap_boundaries (void)
924 {
925         lowest_heap_address = ~(mword)0;
926         highest_heap_address = 0;
927 }
928
929 void
930 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
931 {
932         mword old;
933
934         do {
935                 old = lowest_heap_address;
936                 if (low >= old)
937                         break;
938         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
939
940         do {
941                 old = highest_heap_address;
942                 if (high <= old)
943                         break;
944         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
945 }
946
947 /*
948  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
949  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
950  */
951 static void
952 alloc_nursery (void)
953 {
954         GCMemSection *section;
955         char *data;
956         size_t scan_starts;
957         size_t alloc_size;
958
959         if (nursery_section)
960                 return;
961         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
962         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
963          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
964          * objects in the existing nursery.
965          */
966         /* FIXME: handle OOM */
967         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
968
969         alloc_size = sgen_nursery_size;
970
971         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
972         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
973
974         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
975         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
976         SGEN_LOG (4, "Expanding nursery size (%p-%p): %lu, total: %lu", data, data + alloc_size, (unsigned long)sgen_nursery_size, (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation ());
977         section->data = section->next_data = data;
978         section->size = alloc_size;
979         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
980         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
981         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
982         section->num_scan_start = scan_starts;
983
984         nursery_section = section;
985
986         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
987 }
988
989 FILE *
990 mono_gc_get_logfile (void)
991 {
992         return gc_debug_file;
993 }
994
995 void
996 mono_gc_params_set (const char* options)
997 {
998         if (gc_params_options)
999                 g_free (gc_params_options);
1000
1001         gc_params_options = g_strdup (options);
1002 }
1003
1004 void
1005 mono_gc_debug_set (const char* options)
1006 {
1007         if (gc_debug_options)
1008                 g_free (gc_debug_options);
1009
1010         gc_debug_options = g_strdup (options);
1011 }
1012
1013 static void
1014 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1015 {
1016         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1017         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1018         size_t i;
1019
1020         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1021                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1022                 if (!obj)
1023                         continue;
1024                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1025                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1026         }
1027 }
1028
1029 static const char*
1030 generation_name (int generation)
1031 {
1032         switch (generation) {
1033         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1034         case GENERATION_OLD: return "old";
1035         default: g_assert_not_reached ();
1036         }
1037 }
1038
1039 const char*
1040 sgen_generation_name (int generation)
1041 {
1042         return generation_name (generation);
1043 }
1044
1045 static void
1046 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1047 {
1048         TV_DECLARE (atv);
1049         TV_DECLARE (btv);
1050         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1051         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1052         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1053         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1054
1055         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1056         /*
1057          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1058          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1059          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1060          * additional roots and we may add more items as we go.
1061          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1062          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1063          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1064          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1065          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1066          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1067          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1068          */
1069         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1070         TV_GETTIME (atv);
1071         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1072
1073         /*
1074         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1075         collection trigged by minor overflow.
1076
1077         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1078         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1079         */
1080         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1081                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1082
1083         /*
1084          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1085          * to ensure they see the full set of live objects.
1086          */
1087         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1088
1089         /*
1090          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1091          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1092          * objects that are in fact reachable.
1093          */
1094         done_with_ephemerons = 0;
1095         do {
1096                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1097                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1098                 ++ephemeron_rounds;
1099         } while (!done_with_ephemerons);
1100
1101         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1102                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1103                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1104                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1105                 if (generation == GENERATION_OLD)
1106                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1107
1108                 /*
1109                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1110
1111                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1112                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1113
1114                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1115
1116                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1117                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1118                 be a big deal.
1119                 */
1120                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1121         }
1122
1123         /*
1124         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1125         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1126         */
1127         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1128
1129         /*
1130         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1131         finalization so they can be cleared before that.
1132         */
1133         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1134         if (generation == GENERATION_OLD)
1135                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1136
1137
1138         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1139          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1140          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1141          * are marked/copied.
1142          */
1143         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1144         if (generation == GENERATION_OLD)
1145                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1146         /* drain the new stack that might have been created */
1147         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1148         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1149
1150         /*
1151          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1152          */
1153         done_with_ephemerons = 0;
1154         do {
1155                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1156                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1157                 ++ephemeron_rounds;
1158         } while (!done_with_ephemerons);
1159
1160         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1161
1162         /*
1163          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1164          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1165          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1166         */
1167         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1168
1169         TV_GETTIME (btv);
1170         SGEN_LOG (2, "Finalize queue handling scan for %s generation: %lld usecs %d ephemeron rounds", generation_name (generation), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), ephemeron_rounds);
1171
1172         /*
1173          * handle disappearing links
1174          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1175          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1176          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1177          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1178          * called.
1179          */
1180         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1181         for (;;) {
1182                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1183                 if (generation == GENERATION_OLD)
1184                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1185                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1186                         break;
1187                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1188         }
1189
1190         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1191
1192         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1193 }
1194
1195 void
1196 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1197 {
1198         size_t i;
1199         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1200                 if (section->scan_starts [i]) {
1201                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1202                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1203                 }
1204         }
1205 }
1206
1207 static void
1208 check_scan_starts (void)
1209 {
1210         if (!do_scan_starts_check)
1211                 return;
1212         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1213         major_collector.check_scan_starts ();
1214 }
1215
1216 static void
1217 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1218 {
1219         void **start_root;
1220         RootRecord *root;
1221         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1222                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1223                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1224         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1225 }
1226
1227 static void
1228 init_stats (void)
1229 {
1230         static gboolean inited = FALSE;
1231
1232         if (inited)
1233                 return;
1234
1235         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1236
1237         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1238         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1239         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1240         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1241         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1242         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1243
1244         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1245         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1246         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1247         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1248         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1249         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1250         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1251         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1252         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1253         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1254
1255         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1256
1257 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1258         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1259         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1260         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1261         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1262         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1263
1264         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1265         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1266
1267         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1268         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1269         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1270         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1271
1272         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1273         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1274
1275         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1276
1277         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1278         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1279         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1280         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1281
1282         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1283 #endif
1284
1285         inited = TRUE;
1286 }
1287
1288
1289 static void
1290 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1291 {
1292         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1293 }
1294
1295 void
1296 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1297 {
1298         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1299 }
1300
1301 gboolean
1302 sgen_collection_is_concurrent (void)
1303 {
1304         switch (current_collection_generation) {
1305         case GENERATION_NURSERY:
1306                 return FALSE;
1307         case GENERATION_OLD:
1308                 return concurrent_collection_in_progress;
1309         default:
1310                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1311         }
1312         return FALSE;
1313 }
1314
1315 gboolean
1316 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1317 {
1318         return concurrent_collection_in_progress;
1319 }
1320
1321 typedef struct {
1322         SgenThreadPoolJob job;
1323         SgenObjectOperations *ops;
1324         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1325 } ScanJob;
1326
1327 static ScanCopyContext
1328 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1329 {
1330         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1331
1332         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1333 }
1334
1335 static void
1336 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1337 {
1338         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1339 }
1340
1341 typedef struct {
1342         ScanJob scan_job;
1343         char *heap_start;
1344         char *heap_end;
1345         int root_type;
1346 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1347
1348 static void
1349 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1350 {
1351         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1352         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1353
1354         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1355 }
1356
1357 typedef struct {
1358         ScanJob scan_job;
1359         char *heap_start;
1360         char *heap_end;
1361 } ScanThreadDataJob;
1362
1363 static void
1364 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1365 {
1366         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1367         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1368
1369         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1370 }
1371
1372 typedef struct {
1373         ScanJob scan_job;
1374         SgenPointerQueue *queue;
1375 } ScanFinalizerEntriesJob;
1376
1377 static void
1378 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1379 {
1380         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1381         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1382
1383         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1384 }
1385
1386 static void
1387 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1388 {
1389         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1390         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1391
1392         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1393         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1394 }
1395
1396 static void
1397 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1398 {
1399         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1400         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1401
1402         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1403         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx);
1404 }
1405
1406 static void
1407 job_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1408 {
1409         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1410         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1411
1412         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1413
1414         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1415         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx);
1416
1417         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1418 }
1419
1420 static void
1421 workers_finish_callback (void)
1422 {
1423         ScanJob *sj;
1424         /* Mod union preclean job */
1425         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean mod union cardtable", job_mod_union_preclean, sizeof (ScanJob));
1426         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1427         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1428
1429         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1430 }
1431
1432 static void
1433 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1434 {
1435         if (use_workers)
1436                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1437         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1438 }
1439
1440 static void
1441 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1442 {
1443         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1444         ScanThreadDataJob *stdj;
1445         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1446
1447         /* registered roots, this includes static fields */
1448
1449         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1450         scrrj->scan_job.ops = ops;
1451         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1452         scrrj->heap_start = heap_start;
1453         scrrj->heap_end = heap_end;
1454         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1455         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1456
1457         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1458         scrrj->scan_job.ops = ops;
1459         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1460         scrrj->heap_start = heap_start;
1461         scrrj->heap_end = heap_end;
1462         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1463         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1464
1465         /* Threads */
1466
1467         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1468         stdj->scan_job.ops = ops;
1469         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1470         stdj->heap_start = heap_start;
1471         stdj->heap_end = heap_end;
1472         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1473
1474         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1475
1476         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1477         sfej->scan_job.ops = ops;
1478         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1479         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1480         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1481
1482         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1483         sfej->scan_job.ops = ops;
1484         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1485         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1486         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1487 }
1488
1489 /*
1490  * Perform a nursery collection.
1491  *
1492  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1493  */
1494 static gboolean
1495 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue)
1496 {
1497         gboolean needs_major;
1498         size_t max_garbage_amount;
1499         char *nursery_next;
1500         mword fragment_total;
1501         ScanJob *sj;
1502         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1503         SgenObjectOperations *object_ops;
1504         ScanCopyContext ctx;
1505         TV_DECLARE (atv);
1506         TV_DECLARE (btv);
1507         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
1508         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
1509
1510         if (disable_minor_collections)
1511                 return TRUE;
1512
1513         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1514         atv = last_minor_collection_start_tv;
1515
1516         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1517
1518         if (sgen_concurrent_collection_in_progress ())
1519                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops_with_concurrent_major;
1520         else
1521                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1522
1523         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1524                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1525
1526         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1527
1528         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1529
1530         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1531
1532         check_scan_starts ();
1533
1534         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1535
1536         degraded_mode = 0;
1537         objects_pinned = 0;
1538         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1539         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1540         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1541
1542         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 ()));
1543         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1544         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1545
1546         /* world must be stopped already */
1547         TV_GETTIME (btv);
1548         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1549
1550         sgen_client_pre_collection_checks ();
1551
1552         nursery_section->next_data = nursery_next;
1553
1554         major_collector.start_nursery_collection ();
1555
1556         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1557
1558         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1559         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1560
1561         gc_stats.minor_gc_count ++;
1562
1563         sgen_process_fin_stage_entries ();
1564
1565         /* pin from pinned handles */
1566         sgen_init_pinning ();
1567         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1568         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1569         /* pin cemented objects */
1570         sgen_pin_cemented_objects ();
1571         /* identify pinned objects */
1572         sgen_optimize_pin_queue ();
1573         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1574
1575         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1576         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1577
1578         if (remset_consistency_checks)
1579                 sgen_check_remset_consistency ();
1580
1581         if (whole_heap_check_before_collection) {
1582                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1583                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1584         }
1585
1586         TV_GETTIME (atv);
1587         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1588         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1589         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1590
1591         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1592         sj->ops = object_ops;
1593         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1594         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1595
1596         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1597         TV_GETTIME (btv);
1598         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1599         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1600
1601         sgen_pin_stats_report ();
1602
1603         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1604         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1605
1606         TV_GETTIME (atv);
1607         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1608
1609         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1610
1611         TV_GETTIME (btv);
1612         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1613
1614         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1615
1616         TV_GETTIME (atv);
1617         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1618         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1619
1620         if (objects_pinned) {
1621                 sgen_optimize_pin_queue ();
1622                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1623         }
1624
1625         /*
1626          * This is the latest point at which we can do this check, because
1627          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1628          */
1629         if (remset_consistency_checks)
1630                 sgen_check_remset_consistency ();
1631
1632         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1633          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1634          * next allocations.
1635          */
1636         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1637         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1638         if (!fragment_total)
1639                 degraded_mode = 1;
1640
1641         /* Clear TLABs for all threads */
1642         sgen_clear_tlabs ();
1643
1644         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1645         TV_GETTIME (btv);
1646         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1647         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1648
1649         if (remset_consistency_checks)
1650                 sgen_check_major_refs ();
1651
1652         major_collector.finish_nursery_collection ();
1653
1654         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1655         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1656
1657         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1658
1659         /* prepare the pin queue for the next collection */
1660         sgen_finish_pinning ();
1661         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1662                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1663                 sgen_client_finalize_notify ();
1664         }
1665         sgen_pin_stats_reset ();
1666         /* clear cemented hash */
1667         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1668
1669         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1670
1671         remset.finish_minor_collection ();
1672
1673         check_scan_starts ();
1674
1675         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1676
1677         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1678
1679         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1680         needs_major = objects_pinned > 0;
1681         current_collection_generation = -1;
1682         objects_pinned = 0;
1683
1684         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1685
1686         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1687                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1688
1689         return needs_major;
1690 }
1691
1692 typedef enum {
1693         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1694         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1695         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1696 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1697
1698 static void
1699 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1700 {
1701         LOSObject *bigobj;
1702         TV_DECLARE (atv);
1703         TV_DECLARE (btv);
1704         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1705          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1706          */
1707         char *heap_start = NULL;
1708         char *heap_end = (char*)-1;
1709         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1710         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1711
1712         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1713
1714         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1715                 /*This cleans up unused fragments */
1716                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1717
1718                 if (do_concurrent_checks)
1719                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1720         } else {
1721                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1722                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1723         }
1724
1725         TV_GETTIME (atv);
1726
1727         /* Pinning depends on this */
1728         sgen_clear_nursery_fragments ();
1729
1730         if (whole_heap_check_before_collection)
1731                 sgen_check_whole_heap (TRUE);
1732
1733         TV_GETTIME (btv);
1734         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1735
1736         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1737                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1738         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1739          * and deal with pointers outside of the sections later.
1740          */
1741
1742         objects_pinned = 0;
1743
1744         sgen_client_pre_collection_checks ();
1745
1746         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1747                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1748                 remset.clear_cards ();
1749         }
1750
1751         sgen_process_fin_stage_entries ();
1752
1753         TV_GETTIME (atv);
1754         sgen_init_pinning ();
1755         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1756         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1757         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1758                 /* Pin cemented objects that were forced */
1759                 sgen_pin_cemented_objects ();
1760         }
1761         sgen_optimize_pin_queue ();
1762         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1763                 /*
1764                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1765                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1766                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1767                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1768                  */
1769                 sgen_cement_force_pinned ();
1770         }
1771
1772         sgen_client_collecting_major_1 ();
1773
1774         /*
1775          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1776          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1777          * objects are pinned.
1778          *
1779          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1780          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1781          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1782          *
1783          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1784          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1785          */
1786         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1787         /* first pass for the sections */
1788         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1789         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1790         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1791         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1792                 size_t dummy;
1793                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1794                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1795
1796                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1797                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1798                                 continue;
1799                         }
1800                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1801                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1802                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1803                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1804                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1805                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1806                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1807
1808                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1809                 }
1810         }
1811
1812         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1813         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1814                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1815
1816         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1817         if (old_next_pin_slot)
1818                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1819
1820         TV_GETTIME (btv);
1821         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1822         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1823         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1824
1825         major_collector.init_to_space ();
1826
1827         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1828         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1829                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1830                         /*
1831                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1832                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1833                          */
1834                         /* FIXME Implement parallel copying and get rid of this ineffective hack */
1835                         if (major_collector.is_parallel)
1836                                 sgen_workers_start_all_workers (&major_collector.major_ops_conc_par_start, NULL);
1837                         else
1838                                 sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1839
1840                         sgen_workers_join ();
1841                 }
1842         }
1843
1844 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1845         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1846 #endif
1847
1848         sgen_client_collecting_major_2 ();
1849
1850         TV_GETTIME (atv);
1851         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1852
1853         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1854
1855         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1856
1857         TV_GETTIME (btv);
1858         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1859
1860         /*
1861          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1862          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1863          * the roots.
1864          */
1865         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1866                 if (precleaning_enabled) {
1867                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, workers_finish_callback);
1868                 } else {
1869                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1870                 }
1871                 gray_queue_enable_redirect (gc_thread_gray_queue);
1872         }
1873
1874         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1875                 ScanJob *sj;
1876
1877                 /* Mod union card table */
1878                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1879                 sj->ops = object_ops;
1880                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1881                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1882
1883                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1884                 sj->ops = object_ops;
1885                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1886                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1887
1888                 TV_GETTIME (atv);
1889                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1890         }
1891
1892         sgen_pin_stats_report ();
1893
1894         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1895                 sgen_finish_pinning ();
1896
1897                 sgen_pin_stats_reset ();
1898
1899                 if (do_concurrent_checks)
1900                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1901         }
1902 }
1903
1904 static void
1905 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1906 {
1907         SgenObjectOperations *object_ops;
1908
1909         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1910
1911         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1912
1913         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1914
1915         if (!concurrent)
1916                 sgen_cement_reset ();
1917
1918         if (concurrent) {
1919                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1920                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1921
1922                 if (major_collector.is_parallel)
1923                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_start;
1924                 else
1925                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1926
1927         } else {
1928                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1929         }
1930
1931         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1932
1933         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1934
1935         //count_ref_nonref_objs ();
1936         //consistency_check ();
1937
1938         check_scan_starts ();
1939
1940         degraded_mode = 0;
1941         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1942         gc_stats.major_gc_count ++;
1943
1944         if (major_collector.start_major_collection)
1945                 major_collector.start_major_collection ();
1946
1947         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);
1948 }
1949
1950 static void
1951 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1952 {
1953         ScannedObjectCounts counts;
1954         SgenObjectOperations *object_ops;
1955         mword fragment_total;
1956         TV_DECLARE (atv);
1957         TV_DECLARE (btv);
1958
1959         TV_GETTIME (btv);
1960
1961         if (concurrent_collection_in_progress) {
1962                 if (major_collector.is_parallel)
1963                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_finish;
1964                 else
1965                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
1966
1967                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
1968
1969 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1970                 main_gc_thread = NULL;
1971 #endif
1972         } else {
1973                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1974         }
1975
1976         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1977
1978         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
1979         TV_GETTIME (atv);
1980         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1981
1982         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
1983
1984         if (objects_pinned) {
1985                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
1986
1987                 /*
1988                  * This is slow, but we just OOM'd.
1989                  *
1990                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
1991                  * queue is laid out at this point.
1992                  */
1993                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
1994                 /*
1995                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
1996                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
1997                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
1998                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
1999                  * somewhere.
2000                  */
2001                 sgen_optimize_pin_queue ();
2002                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
2003                 objects_pinned = 0;
2004         }
2005
2006         reset_heap_boundaries ();
2007         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
2008
2009         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
2010          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
2011          * next allocations.
2012          */
2013         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
2014         if (!fragment_total)
2015                 degraded_mode = 1;
2016         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
2017
2018         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
2019                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
2020
2021         /* prepare the pin queue for the next collection */
2022         sgen_finish_pinning ();
2023
2024         /* Clear TLABs for all threads */
2025         sgen_clear_tlabs ();
2026
2027         sgen_pin_stats_reset ();
2028
2029         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2030
2031         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2032                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2033
2034         TV_GETTIME (btv);
2035         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2036
2037         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2038         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2039
2040         TV_GETTIME (atv);
2041         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2042
2043         sgen_los_sweep ();
2044
2045         TV_GETTIME (btv);
2046         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2047
2048         major_collector.sweep ();
2049
2050         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2051
2052         TV_GETTIME (atv);
2053         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2054
2055         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2056
2057         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2058                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2059                 sgen_client_finalize_notify ();
2060         }
2061
2062         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2063         current_collection_generation = -1;
2064
2065         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2066         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2067
2068         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2069
2070         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2071         if (concurrent_collection_in_progress)
2072                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2073
2074         check_scan_starts ();
2075
2076         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2077
2078         //consistency_check ();
2079
2080         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2081 }
2082
2083 static gboolean
2084 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2085 {
2086         TV_DECLARE (time_start);
2087         TV_DECLARE (time_end);
2088         size_t old_next_pin_slot;
2089         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2090
2091         if (disable_major_collections)
2092                 return FALSE;
2093
2094         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2095                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2096                 g_assert (!num_marked);
2097         }
2098
2099         /* world must be stopped already */
2100         TV_GETTIME (time_start);
2101
2102         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2103         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2104         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2105         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2106
2107         TV_GETTIME (time_end);
2108         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2109
2110         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2111         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2112                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2113
2114         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2115 }
2116
2117 static void
2118 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2119 {
2120         TV_DECLARE (time_start);
2121         TV_DECLARE (time_end);
2122         long long num_objects_marked;
2123         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2124
2125         if (disable_major_collections)
2126                 return;
2127
2128         TV_GETTIME (time_start);
2129         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2130
2131         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2132         g_assert (num_objects_marked == 0);
2133
2134         binary_protocol_concurrent_start ();
2135
2136         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2137         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2138         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2139         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2140
2141         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2142
2143         TV_GETTIME (time_end);
2144         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2145
2146         current_collection_generation = -1;
2147 }
2148
2149 /*
2150  * Returns whether the major collection has finished.
2151  */
2152 static gboolean
2153 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2154 {
2155         return sgen_workers_all_done ();
2156 }
2157
2158 static void
2159 major_update_concurrent_collection (void)
2160 {
2161         TV_DECLARE (total_start);
2162         TV_DECLARE (total_end);
2163
2164         TV_GETTIME (total_start);
2165
2166         binary_protocol_concurrent_update ();
2167
2168         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2169         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2170
2171         TV_GETTIME (total_end);
2172         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2173 }
2174
2175 static void
2176 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2177 {
2178         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2179         TV_DECLARE (total_start);
2180         TV_DECLARE (total_end);
2181
2182         TV_GETTIME (total_start);
2183
2184         binary_protocol_concurrent_finish ();
2185
2186         /*
2187          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2188          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2189          * additional cardtable and object scanning.
2190          */
2191         sgen_workers_stop_all_workers ();
2192
2193         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2194         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2195
2196         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2197         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2198
2199         if (mod_union_consistency_check)
2200                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2201
2202         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2203         sgen_cement_reset ();
2204         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2205         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2206         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2207
2208         TV_GETTIME (total_end);
2209         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2210
2211         current_collection_generation = -1;
2212 }
2213
2214 /*
2215  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2216  *
2217  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2218  */
2219 void
2220 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2221 {
2222         int generation_to_collect = -1;
2223         const char *reason = NULL;
2224
2225         if (generation == GENERATION_OLD) {
2226                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2227                         reason = "LOS overflow";
2228                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2229                 }
2230         } else {
2231                 if (degraded_mode) {
2232                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2233                                 reason = "Degraded mode overflow";
2234                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2235                         }
2236                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2237                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2238                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2239                 } else {
2240                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2241                         reason = "Nursery full";                        
2242                 }
2243         }
2244
2245         if (generation_to_collect == -1) {
2246                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2247                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2248                         reason = "Finish concurrent collection";
2249                 }
2250         }
2251
2252         if (generation_to_collect == -1)
2253                 return;
2254         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2255 }
2256
2257 /*
2258  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2259  */
2260 void
2261 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2262 {
2263         TV_DECLARE (gc_total_start);
2264         TV_DECLARE (gc_total_end);
2265         int overflow_generation_to_collect = -1;
2266         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2267         const char *overflow_reason = NULL;
2268         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2269
2270         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2271
2272         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2273
2274         if (stw)
2275                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2276         else
2277                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2278                 
2279
2280         TV_GETTIME (gc_total_start);
2281
2282         // FIXME: extract overflow reason
2283         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2284         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2285                 if (concurrent_collection_in_progress)
2286                         major_update_concurrent_collection ();
2287
2288                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL) && !concurrent_collection_in_progress) {
2289                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2290                         overflow_reason = "Minor overflow";
2291                 }
2292         } else if (finish_concurrent) {
2293                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2294                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2295         } else {
2296                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2297                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2298                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL);
2299                         major_start_concurrent_collection (reason);
2300                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2301                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2302                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2303                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2304                 }
2305         }
2306
2307         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2308                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2309
2310                 /*
2311                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2312                  * or the nursery is fully pinned.
2313                  */
2314
2315                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2316                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL);
2317                 else
2318                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2319
2320                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2321         }
2322
2323         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2324
2325         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2326         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2327                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2328                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2329                 sgen_dump_pin_queue ();
2330                 degraded_mode = 1;
2331         }
2332
2333         TV_GETTIME (gc_total_end);
2334         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2335
2336         if (stw)
2337                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2338 }
2339
2340 /*
2341  * ######################################################################
2342  * ########  Memory allocation from the OS
2343  * ######################################################################
2344  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2345  * allocating memory for GC-internal data structures.
2346  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2347  */
2348
2349 /*
2350  * Debug reporting.
2351  */
2352 G_GNUC_UNUSED static void
2353 report_internal_mem_usage (void)
2354 {
2355         printf ("Internal memory usage:\n");
2356         sgen_report_internal_mem_usage ();
2357         printf ("Pinned memory usage:\n");
2358         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2359 }
2360
2361 /*
2362  * ######################################################################
2363  * ########  Finalization support
2364  * ######################################################################
2365  */
2366
2367 /*
2368  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2369  * If it is pinned it's still alive as well.
2370  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2371  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2372  */
2373 static inline gboolean
2374 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2375 {
2376         if (ptr_in_nursery (object))
2377                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2378
2379         return sgen_major_is_object_alive (object);
2380 }
2381
2382 /*
2383  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2384  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2385  * are never alive during a minor collection.
2386  */
2387 static inline int
2388 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2389 {
2390         if (ptr_in_nursery (object))
2391                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2392
2393         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2394                 return FALSE;
2395
2396         return sgen_major_is_object_alive (object);
2397 }
2398
2399
2400 gboolean
2401 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2402 {
2403         return !sgen_is_object_alive (object);
2404 }
2405
2406 void
2407 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2408 {
2409         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2410
2411         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2412
2413         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2414 }
2415
2416 gboolean
2417 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2418 {
2419         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2420 }
2421
2422 /*
2423  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2424  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2425  * all finalizers have really finished running.
2426  *
2427  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2428  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2429  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2430  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2431  */
2432
2433 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2434 volatile gboolean sgen_suspend_finalizers = FALSE;
2435
2436 void
2437 sgen_set_suspend_finalizers (void)
2438 {
2439         sgen_suspend_finalizers = TRUE;
2440 }
2441
2442 int
2443 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2444 {
2445         int count = 0;
2446
2447         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2448
2449         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2450         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2451                 GCObject *obj;
2452
2453                 LOCK_GC;
2454
2455                 /*
2456                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2457                  * finalizable object.
2458                  */
2459                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2460                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2461                         mono_memory_write_barrier ();
2462                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2463                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2464                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2465                         mono_memory_write_barrier ();
2466                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2467                 } else {
2468                         obj = NULL;
2469                 }
2470
2471                 if (obj)
2472                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2473
2474                 UNLOCK_GC;
2475
2476                 if (!obj)
2477                         break;
2478
2479                 count++;
2480                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2481                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2482                 sgen_client_run_finalize (obj);
2483         }
2484
2485         if (pending_unqueued_finalizer) {
2486                 mono_memory_write_barrier ();
2487                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2488         }
2489
2490         return count;
2491 }
2492
2493 gboolean
2494 sgen_have_pending_finalizers (void)
2495 {
2496         if (sgen_suspend_finalizers)
2497                 return FALSE;
2498         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2499 }
2500
2501 /*
2502  * ######################################################################
2503  * ########  registered roots support
2504  * ######################################################################
2505  */
2506
2507 /*
2508  * We do not coalesce roots.
2509  */
2510 int
2511 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2512 {
2513         RootRecord new_root;
2514         int i;
2515         LOCK_GC;
2516         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2517                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2518                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2519                 if (root) {
2520                         size_t old_size = root->end_root - start;
2521                         root->end_root = start + size;
2522                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2523                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2524                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2525                         root->root_desc = descr;
2526                         roots_size += size;
2527                         roots_size -= old_size;
2528                         UNLOCK_GC;
2529                         return TRUE;
2530                 }
2531         }
2532
2533         new_root.end_root = start + size;
2534         new_root.root_desc = descr;
2535         new_root.source = source;
2536         new_root.msg = msg;
2537
2538         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2539         roots_size += size;
2540
2541         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);
2542
2543         UNLOCK_GC;
2544         return TRUE;
2545 }
2546
2547 void
2548 sgen_deregister_root (char* addr)
2549 {
2550         int root_type;
2551         RootRecord root;
2552
2553         LOCK_GC;
2554         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2555                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2556                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2557         }
2558         UNLOCK_GC;
2559 }
2560
2561 /*
2562  * ######################################################################
2563  * ########  Thread handling (stop/start code)
2564  * ######################################################################
2565  */
2566
2567 int
2568 sgen_get_current_collection_generation (void)
2569 {
2570         return current_collection_generation;
2571 }
2572
2573 void*
2574 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2575 {
2576         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2577
2578         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2579
2580         return info;
2581 }
2582
2583 void
2584 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2585 {
2586         sgen_client_thread_unregister (p);
2587 }
2588
2589 /*
2590  * ######################################################################
2591  * ########  Write barriers
2592  * ######################################################################
2593  */
2594
2595 /*
2596  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2597  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2598  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2599  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2600  */
2601
2602 void
2603 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2604 {
2605         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2606         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2607         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2608                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2609                 return;
2610         }
2611
2612 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2613         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2614                 int i;
2615                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2616                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2617                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2618                         if (obj)
2619                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2620                 }
2621         }
2622 #endif
2623
2624         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2625 }
2626
2627 void
2628 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2629 {
2630         gpointer obj;
2631
2632         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2633
2634         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2635
2636         obj = *(gpointer*)ptr;
2637         if (obj)
2638                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2639
2640         /*
2641          * We need to record old->old pointer locations for the
2642          * concurrent collector.
2643          */
2644         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2645                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2646                 return;
2647         }
2648
2649         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2650
2651         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2652 }
2653
2654 void
2655 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2656 {
2657         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2658         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2659         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2660                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2661         sgen_dummy_use (value);
2662 }
2663
2664 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2665  * as an atomic operation with release semantics.
2666  */
2667 void
2668 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2669 {
2670         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2671
2672         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2673
2674         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2675
2676         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2677                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2678
2679         sgen_dummy_use (value);
2680 }
2681
2682 void
2683 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2684 {
2685         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2686         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2687
2688         while (size) {
2689                 if (bitmap & 0x1)
2690                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2691                 else
2692                         *dest = *src;
2693                 ++src;
2694                 ++dest;
2695                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2696                 bitmap >>= 1;
2697         }
2698 }
2699
2700 /*
2701  * ######################################################################
2702  * ########  Other mono public interface functions.
2703  * ######################################################################
2704  */
2705
2706 void
2707 sgen_gc_collect (int generation)
2708 {
2709         LOCK_GC;
2710         if (generation > 1)
2711                 generation = 1;
2712         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2713         UNLOCK_GC;
2714 }
2715
2716 int
2717 sgen_gc_collection_count (int generation)
2718 {
2719         if (generation == 0)
2720                 return gc_stats.minor_gc_count;
2721         return gc_stats.major_gc_count;
2722 }
2723
2724 size_t
2725 sgen_gc_get_used_size (void)
2726 {
2727         gint64 tot = 0;
2728         LOCK_GC;
2729         tot = los_memory_usage;
2730         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2731         tot += major_collector.get_used_size ();
2732         /* FIXME: account for pinned objects */
2733         UNLOCK_GC;
2734         return tot;
2735 }
2736
2737 void
2738 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2739 {
2740         va_list ap;
2741
2742         va_start (ap, description_format);
2743
2744         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2745         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2746         if (fallback)
2747                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2748         fprintf (stderr, "\n");
2749
2750         va_end (ap);
2751 }
2752
2753 static gboolean
2754 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2755 {
2756         char *endptr;
2757         double val = strtod (opt, &endptr);
2758         if (endptr == opt) {
2759                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2760                 return FALSE;
2761         }
2762         else if (val < min || val > max) {
2763                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2764                 return FALSE;
2765         }
2766         *result = val;
2767         return TRUE;
2768 }
2769
2770 void
2771 sgen_gc_init (void)
2772 {
2773         const char *env;
2774         char **opts, **ptr;
2775         char *major_collector_opt = NULL;
2776         char *minor_collector_opt = NULL;
2777         char *params_opts = NULL;
2778         char *debug_opts = NULL;
2779         size_t max_heap = 0;
2780         size_t soft_limit = 0;
2781         int result;
2782         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2783         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2784         gboolean cement_enabled = TRUE;
2785
2786         do {
2787                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2788                 switch (result) {
2789                 case 1:
2790                         /* already inited */
2791                         return;
2792                 case -1:
2793                         /* being inited by another thread */
2794                         mono_thread_info_usleep (1000);
2795                         break;
2796                 case 0:
2797                         /* we will init it */
2798                         break;
2799                 default:
2800                         g_assert_not_reached ();
2801                 }
2802         } while (result != 0);
2803
2804         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2805
2806 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2807         mono_thread_smr_init ();
2808 #endif
2809
2810         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2811
2812         gc_debug_file = stderr;
2813
2814         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2815
2816         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME)) || gc_params_options) {
2817                 params_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_params_options ? gc_params_options : "", env ? env : "");
2818         }
2819
2820         if (params_opts) {
2821                 opts = g_strsplit (params_opts, ",", -1);
2822                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2823                         char *opt = *ptr;
2824                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2825                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2826                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2827                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2828                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2829                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2830                         }
2831                 }
2832         } else {
2833                 opts = NULL;
2834         }
2835
2836         init_stats ();
2837         sgen_init_internal_allocator ();
2838         sgen_init_nursery_allocator ();
2839         sgen_init_fin_weak_hash ();
2840         sgen_init_hash_table ();
2841         sgen_init_descriptors ();
2842         sgen_init_gray_queues ();
2843         sgen_init_allocator ();
2844         sgen_init_gchandles ();
2845
2846         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2847         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2848
2849         sgen_client_init ();
2850
2851         if (!minor_collector_opt) {
2852                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2853         } else {
2854                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2855                 use_simple_nursery:
2856                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2857                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2858                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2859                 } else {
2860                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2861                         goto use_simple_nursery;
2862                 }
2863         }
2864
2865         if (!major_collector_opt) {
2866         use_default_major:
2867                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2868         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2869                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2870         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2871                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2872         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc-par")) {
2873                 sgen_marksweep_conc_par_init (&major_collector);
2874         } else {
2875                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2876                 goto use_default_major;
2877         }
2878
2879         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2880
2881         if (opts) {
2882                 gboolean usage_printed = FALSE;
2883
2884                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2885                         char *opt = *ptr;
2886                         if (!strcmp (opt, ""))
2887                                 continue;
2888                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2889                                 continue;
2890                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2891                                 continue;
2892                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2893                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2894                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2895                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2896                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2897                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2898                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2899                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2900                                 } else {
2901                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2902                                 }
2903                                 continue;
2904                         }
2905                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2906                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2907                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2908                                         if (soft_limit <= 0) {
2909                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2910                                                 soft_limit = 0;
2911                                         }
2912                                 } else {
2913                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2914                                 }
2915                                 continue;
2916                         }
2917
2918 #ifdef USER_CONFIG
2919                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2920                                 size_t val;
2921                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2922                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2923                                         if ((val & (val - 1))) {
2924                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2925                                                 continue;
2926                                         }
2927
2928                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2929                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2930                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2931                                                 continue;
2932                                         }
2933
2934                                         sgen_nursery_size = val;
2935                                         sgen_nursery_bits = 0;
2936                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2937                                                 ;
2938                                 } else {
2939                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2940                                         continue;
2941                                 }
2942                                 continue;
2943                         }
2944 #endif
2945                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2946                                 double val;
2947                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2948                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2949                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2950                                         save_target = val;
2951                                 }
2952                                 continue;
2953                         }
2954                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2955                                 double val;
2956                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2957                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2958                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
2959                                         allowance_ratio = val;
2960                                 }
2961                                 continue;
2962                         }
2963
2964                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
2965                                 cement_enabled = TRUE;
2966                                 continue;
2967                         }
2968                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
2969                                 cement_enabled = FALSE;
2970                                 continue;
2971                         }
2972
2973                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
2974                                 precleaning_enabled = TRUE;
2975                                 continue;
2976                         }
2977                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
2978                                 precleaning_enabled = FALSE;
2979                                 continue;
2980                         }
2981
2982                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
2983                                 continue;
2984
2985                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
2986                                 continue;
2987
2988                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
2989                                 continue;
2990
2991                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
2992
2993                         if (usage_printed)
2994                                 continue;
2995
2996                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
2997                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2998                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
2999                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3000                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
3001                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
3002                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
3003                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
3004                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
3005                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
3006                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
3007                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
3008                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
3009                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
3010                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
3011                         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);
3012                         fprintf (stderr, "\n");
3013
3014                         usage_printed = TRUE;
3015                 }
3016                 g_strfreev (opts);
3017         }
3018
3019         if (major_collector_opt)
3020                 g_free (major_collector_opt);
3021
3022         if (minor_collector_opt)
3023                 g_free (minor_collector_opt);
3024
3025         if (params_opts)
3026                 g_free (params_opts);
3027
3028         alloc_nursery ();
3029
3030         sgen_pinning_init ();
3031         sgen_cement_init (cement_enabled);
3032
3033         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME)) || gc_debug_options) {
3034                 debug_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_debug_options ? gc_debug_options  : "", env ? env : "");
3035         }
3036
3037         if (debug_opts) {
3038                 gboolean usage_printed = FALSE;
3039
3040                 opts = g_strsplit (debug_opts, ",", -1);
3041                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
3042                         char *opt = *ptr;
3043                         if (!strcmp (opt, ""))
3044                                 continue;
3045                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3046                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3047                                 opt++;
3048                                 if (opt [0] == ':')
3049                                         opt++;
3050                                 if (opt [0]) {
3051                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3052                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3053                                         if (!gc_debug_file)
3054                                                 gc_debug_file = stderr;
3055                                         g_free (rf);
3056                                 }
3057                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3058                                 debug_print_allowance = TRUE;
3059                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3060                                 sgen_pin_stats_enable ();
3061                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3062                                 verify_before_allocs = 1;
3063                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3064                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3065                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3066                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3067                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3068                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3069                                 collect_before_allocs = 1;
3070                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3071                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3072                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3073                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3074                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3075                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3076                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3077                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3078                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3079                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3080                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3081                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3082                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3083                                         continue;
3084                                 }
3085                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3086                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3087                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3088                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3089                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3090                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3091                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3092                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3093                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3094                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3095                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3096                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3097                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3098                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3099                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3100                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3101                                 do_verify_nursery = TRUE;
3102                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3103                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3104                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3105                                         continue;
3106                                 }
3107                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3108                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3109                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3110                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3111                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3112                                 disable_minor_collections = TRUE;
3113                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3114                                 disable_major_collections = TRUE;
3115                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3116                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3117                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3118                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3119                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3120                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3121                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3122                                 size_t limit = 0;
3123                                 if (colon) {
3124                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3125                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3126                                                 limit = -1;
3127                                         }
3128                                         *colon = '\0';
3129                                 }
3130                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3131                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3132                                 do_verify_nursery = TRUE;
3133                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3134                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3135                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3136
3137                                 if (usage_printed)
3138                                         continue;
3139
3140                                 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);
3141                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3142                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3143                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3144                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3145                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3146                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3147                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3148                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3149                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3150                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3151                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3152                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3153                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3154                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3155                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3156                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3157                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3158                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3159                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3160                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3161                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3162                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3163                                 fprintf (stderr, "\n");
3164
3165                                 usage_printed = TRUE;
3166                         }
3167                 }
3168                 g_strfreev (opts);
3169         }
3170
3171         if (debug_opts)
3172                 g_free (debug_opts);
3173
3174         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3175                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3176
3177         if (major_collector.post_param_init)
3178                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3179
3180         if (major_collector.needs_thread_pool) {
3181                 int num_workers = 1;
3182                 if (major_collector.is_parallel) {
3183                         /* FIXME Detect the number of physical cores, instead of logical */
3184                         num_workers = mono_cpu_count () / 2;
3185                         if (num_workers < 1)
3186                                 num_workers = 1;
3187                 }
3188                 sgen_workers_init (num_workers);
3189         }
3190
3191         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3192
3193         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3194
3195         sgen_card_table_init (&remset);
3196
3197         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");
3198
3199         gc_initialized = 1;
3200
3201         sgen_init_bridge ();
3202 }
3203
3204 gboolean
3205 sgen_gc_initialized ()
3206 {
3207         return gc_initialized > 0;
3208 }
3209
3210 NurseryClearPolicy
3211 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3212 {
3213         return nursery_clear_policy;
3214 }
3215
3216 void
3217 sgen_gc_lock (void)
3218 {
3219         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3220 }
3221
3222 void
3223 sgen_gc_unlock (void)
3224 {
3225         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3226 }
3227
3228 void
3229 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3230 {
3231         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3232 }
3233
3234 void
3235 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3236 {
3237         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3238 }
3239
3240 SgenMajorCollector*
3241 sgen_get_major_collector (void)
3242 {
3243         return &major_collector;
3244 }
3245
3246 SgenRememberedSet*
3247 sgen_get_remset (void)
3248 {
3249         return &remset;
3250 }
3251
3252 static void
3253 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3254 {
3255         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3256         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3257 }
3258
3259 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3260
3261 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3262 void
3263 sgen_stop_world (int generation)
3264 {
3265         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3266
3267         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3268
3269         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3270
3271         sgen_client_stop_world (generation);
3272
3273         world_is_stopped = TRUE;
3274
3275         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3276                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3277         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3278 }
3279
3280 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3281 void
3282 sgen_restart_world (int generation)
3283 {
3284         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3285         gint64 stw_time;
3286
3287         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3288
3289         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3290                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3291         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3292
3293         world_is_stopped = FALSE;
3294
3295         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3296
3297         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3298
3299         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3300                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3301
3302         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3303 }
3304
3305 gboolean
3306 sgen_is_world_stopped (void)
3307 {
3308         return world_is_stopped;
3309 }
3310
3311 void
3312 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3313 {
3314         sgen_stop_world (0);
3315         sgen_clear_nursery_fragments ();
3316         sgen_check_whole_heap (TRUE);
3317         sgen_restart_world (0);
3318 }
3319
3320 gint64
3321 sgen_timestamp (void)
3322 {
3323         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3324         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3325         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3326 }
3327
3328 #endif /* HAVE_SGEN_GC */