[sgen] Disable concurrent queue redirection
[mono.git] / mono / sgen / sgen-gc.c
1 /*
2  * sgen-gc.c: Simple generational GC.
3  *
4  * Author:
5  *      Paolo Molaro (lupus@ximian.com)
6  *  Rodrigo Kumpera (kumpera@gmail.com)
7  *
8  * Copyright 2005-2011 Novell, Inc (http://www.novell.com)
9  * Copyright 2011 Xamarin Inc (http://www.xamarin.com)
10  *
11  * Thread start/stop adapted from Boehm's GC:
12  * Copyright (c) 1994 by Xerox Corporation.  All rights reserved.
13  * Copyright (c) 1996 by Silicon Graphics.  All rights reserved.
14  * Copyright (c) 1998 by Fergus Henderson.  All rights reserved.
15  * Copyright (c) 2000-2004 by Hewlett-Packard Company.  All rights reserved.
16  * Copyright 2001-2003 Ximian, Inc
17  * Copyright 2003-2010 Novell, Inc.
18  * Copyright 2011 Xamarin, Inc.
19  * Copyright (C) 2012 Xamarin Inc
20  *
21  * Licensed under the MIT license. See LICENSE file in the project root for full license information.
22  *
23  * Important: allocation provides always zeroed memory, having to do
24  * a memset after allocation is deadly for performance.
25  * Memory usage at startup is currently as follows:
26  * 64 KB pinned space
27  * 64 KB internal space
28  * size of nursery
29  * We should provide a small memory config with half the sizes
30  *
31  * We currently try to make as few mono assumptions as possible:
32  * 1) 2-word header with no GC pointers in it (first vtable, second to store the
33  *    forwarding ptr)
34  * 2) gc descriptor is the second word in the vtable (first word in the class)
35  * 3) 8 byte alignment is the minimum and enough (not true for special structures (SIMD), FIXME)
36  * 4) there is a function to get an object's size and the number of
37  *    elements in an array.
38  * 5) we know the special way bounds are allocated for complex arrays
39  * 6) we know about proxies and how to treat them when domains are unloaded
40  *
41  * Always try to keep stack usage to a minimum: no recursive behaviour
42  * and no large stack allocs.
43  *
44  * General description.
45  * Objects are initially allocated in a nursery using a fast bump-pointer technique.
46  * When the nursery is full we start a nursery collection: this is performed with a
47  * copying GC.
48  * When the old generation is full we start a copying GC of the old generation as well:
49  * this will be changed to mark&sweep with copying when fragmentation becomes to severe
50  * in the future.  Maybe we'll even do both during the same collection like IMMIX.
51  *
52  * The things that complicate this description are:
53  * *) pinned objects: we can't move them so we need to keep track of them
54  * *) no precise info of the thread stacks and registers: we need to be able to
55  *    quickly find the objects that may be referenced conservatively and pin them
56  *    (this makes the first issues more important)
57  * *) large objects are too expensive to be dealt with using copying GC: we handle them
58  *    with mark/sweep during major collections
59  * *) some objects need to not move even if they are small (interned strings, Type handles):
60  *    we use mark/sweep for them, too: they are not allocated in the nursery, but inside
61  *    PinnedChunks regions
62  */
63
64 /*
65  * TODO:
66
67  *) we could have a function pointer in MonoClass to implement
68   customized write barriers for value types
69
70  *) investigate the stuff needed to advance a thread to a GC-safe
71   point (single-stepping, read from unmapped memory etc) and implement it.
72   This would enable us to inline allocations and write barriers, for example,
73   or at least parts of them, like the write barrier checks.
74   We may need this also for handling precise info on stacks, even simple things
75   as having uninitialized data on the stack and having to wait for the prolog
76   to zero it. Not an issue for the last frame that we scan conservatively.
77   We could always not trust the value in the slots anyway.
78
79  *) modify the jit to save info about references in stack locations:
80   this can be done just for locals as a start, so that at least
81   part of the stack is handled precisely.
82
83  *) test/fix endianess issues
84
85  *) Implement a card table as the write barrier instead of remembered
86     sets?  Card tables are not easy to implement with our current
87     memory layout.  We have several different kinds of major heap
88     objects: Small objects in regular blocks, small objects in pinned
89     chunks and LOS objects.  If we just have a pointer we have no way
90     to tell which kind of object it points into, therefore we cannot
91     know where its card table is.  The least we have to do to make
92     this happen is to get rid of write barriers for indirect stores.
93     (See next item)
94
95  *) Get rid of write barriers for indirect stores.  We can do this by
96     telling the GC to wbarrier-register an object once we do an ldloca
97     or ldelema on it, and to unregister it once it's not used anymore
98     (it can only travel downwards on the stack).  The problem with
99     unregistering is that it needs to happen eventually no matter
100     what, even if exceptions are thrown, the thread aborts, etc.
101     Rodrigo suggested that we could do only the registering part and
102     let the collector find out (pessimistically) when it's safe to
103     unregister, namely when the stack pointer of the thread that
104     registered the object is higher than it was when the registering
105     happened.  This might make for a good first implementation to get
106     some data on performance.
107
108  *) Some sort of blacklist support?  Blacklists is a concept from the
109     Boehm GC: if during a conservative scan we find pointers to an
110     area which we might use as heap, we mark that area as unusable, so
111     pointer retention by random pinning pointers is reduced.
112
113  *) experiment with max small object size (very small right now - 2kb,
114     because it's tied to the max freelist size)
115
116   *) add an option to mmap the whole heap in one chunk: it makes for many
117      simplifications in the checks (put the nursery at the top and just use a single
118      check for inclusion/exclusion): the issue this has is that on 32 bit systems it's
119      not flexible (too much of the address space may be used by default or we can't
120      increase the heap as needed) and we'd need a race-free mechanism to return memory
121      back to the system (mprotect(PROT_NONE) will still keep the memory allocated if it
122      was written to, munmap is needed, but the following mmap may not find the same segment
123      free...)
124
125  *) memzero the major fragments after restarting the world and optionally a smaller
126     chunk at a time
127
128  *) investigate having fragment zeroing threads
129
130  *) separate locks for finalization and other minor stuff to reduce
131     lock contention
132
133  *) try a different copying order to improve memory locality
134
135  *) a thread abort after a store but before the write barrier will
136     prevent the write barrier from executing
137
138  *) specialized dynamically generated markers/copiers
139
140  *) Dynamically adjust TLAB size to the number of threads.  If we have
141     too many threads that do allocation, we might need smaller TLABs,
142     and we might get better performance with larger TLABs if we only
143     have a handful of threads.  We could sum up the space left in all
144     assigned TLABs and if that's more than some percentage of the
145     nursery size, reduce the TLAB size.
146
147  *) Explore placing unreachable objects on unused nursery memory.
148         Instead of memset'ng a region to zero, place an int[] covering it.
149         A good place to start is add_nursery_frag. The tricky thing here is
150         placing those objects atomically outside of a collection.
151
152  *) Allocation should use asymmetric Dekker synchronization:
153         http://blogs.oracle.com/dave/resource/Asymmetric-Dekker-Synchronization.txt
154         This should help weak consistency archs.
155  */
156 #include "config.h"
157 #ifdef HAVE_SGEN_GC
158
159 #ifdef __MACH__
160 #undef _XOPEN_SOURCE
161 #define _XOPEN_SOURCE
162 #define _DARWIN_C_SOURCE
163 #endif
164
165 #ifdef HAVE_UNISTD_H
166 #include <unistd.h>
167 #endif
168 #ifdef HAVE_PTHREAD_H
169 #include <pthread.h>
170 #endif
171 #ifdef HAVE_PTHREAD_NP_H
172 #include <pthread_np.h>
173 #endif
174 #include <stdio.h>
175 #include <string.h>
176 #include <errno.h>
177 #include <assert.h>
178 #include <stdlib.h>
179
180 #include "mono/sgen/sgen-gc.h"
181 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
182 #include "mono/sgen/sgen-protocol.h"
183 #include "mono/sgen/sgen-memory-governor.h"
184 #include "mono/sgen/sgen-hash-table.h"
185 #include "mono/sgen/sgen-cardtable.h"
186 #include "mono/sgen/sgen-pinning.h"
187 #include "mono/sgen/sgen-workers.h"
188 #include "mono/sgen/sgen-client.h"
189 #include "mono/sgen/sgen-pointer-queue.h"
190 #include "mono/sgen/gc-internal-agnostic.h"
191 #include "mono/utils/mono-proclib.h"
192 #include "mono/utils/mono-memory-model.h"
193 #include "mono/utils/hazard-pointer.h"
194
195 #include <mono/utils/memcheck.h>
196
197 #undef pthread_create
198 #undef pthread_join
199 #undef pthread_detach
200
201 /*
202  * ######################################################################
203  * ########  Types and constants used by the GC.
204  * ######################################################################
205  */
206
207 /* 0 means not initialized, 1 is initialized, -1 means in progress */
208 static int gc_initialized = 0;
209 /* If set, check if we need to do something every X allocations */
210 gboolean has_per_allocation_action;
211 /* If set, do a heap check every X allocation */
212 guint32 verify_before_allocs = 0;
213 /* If set, do a minor collection before every X allocation */
214 guint32 collect_before_allocs = 0;
215 /* If set, do a whole heap check before each collection */
216 static gboolean whole_heap_check_before_collection = FALSE;
217 /* If set, do a remset consistency check at various opportunities */
218 static gboolean remset_consistency_checks = FALSE;
219 /* If set, do a mod union consistency check before each finishing collection pause */
220 static gboolean mod_union_consistency_check = FALSE;
221 /* If set, check whether mark bits are consistent after major collections */
222 static gboolean check_mark_bits_after_major_collection = FALSE;
223 /* If set, check that all nursery objects are pinned/not pinned, depending on context */
224 static gboolean check_nursery_objects_pinned = FALSE;
225 /* If set, do a few checks when the concurrent collector is used */
226 static gboolean do_concurrent_checks = FALSE;
227 /* If set, do a plausibility check on the scan_starts before and after
228    each collection */
229 static gboolean do_scan_starts_check = FALSE;
230
231 static gboolean disable_minor_collections = FALSE;
232 static gboolean disable_major_collections = FALSE;
233 static gboolean do_verify_nursery = FALSE;
234 static gboolean do_dump_nursery_content = FALSE;
235 static gboolean enable_nursery_canaries = FALSE;
236
237 static gboolean precleaning_enabled = TRUE;
238
239 #ifdef HEAVY_STATISTICS
240 guint64 stat_objects_alloced_degraded = 0;
241 guint64 stat_bytes_alloced_degraded = 0;
242
243 guint64 stat_copy_object_called_nursery = 0;
244 guint64 stat_objects_copied_nursery = 0;
245 guint64 stat_copy_object_called_major = 0;
246 guint64 stat_objects_copied_major = 0;
247
248 guint64 stat_scan_object_called_nursery = 0;
249 guint64 stat_scan_object_called_major = 0;
250
251 guint64 stat_slots_allocated_in_vain;
252
253 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_from_space = 0;
254 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_forwarded = 0;
255 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_pinned = 0;
256 guint64 stat_nursery_copy_object_failed_to_space = 0;
257
258 static guint64 stat_wbarrier_add_to_global_remset = 0;
259 static guint64 stat_wbarrier_arrayref_copy = 0;
260 static guint64 stat_wbarrier_generic_store = 0;
261 static guint64 stat_wbarrier_generic_store_atomic = 0;
262 static guint64 stat_wbarrier_set_root = 0;
263 #endif
264
265 static guint64 stat_pinned_objects = 0;
266
267 static guint64 time_minor_pre_collection_fragment_clear = 0;
268 static guint64 time_minor_pinning = 0;
269 static guint64 time_minor_scan_remsets = 0;
270 static guint64 time_minor_scan_pinned = 0;
271 static guint64 time_minor_scan_roots = 0;
272 static guint64 time_minor_finish_gray_stack = 0;
273 static guint64 time_minor_fragment_creation = 0;
274
275 static guint64 time_major_pre_collection_fragment_clear = 0;
276 static guint64 time_major_pinning = 0;
277 static guint64 time_major_scan_pinned = 0;
278 static guint64 time_major_scan_roots = 0;
279 static guint64 time_major_scan_mod_union = 0;
280 static guint64 time_major_finish_gray_stack = 0;
281 static guint64 time_major_free_bigobjs = 0;
282 static guint64 time_major_los_sweep = 0;
283 static guint64 time_major_sweep = 0;
284 static guint64 time_major_fragment_creation = 0;
285
286 static guint64 time_max = 0;
287
288 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_start);
289 static SGEN_TV_DECLARE (time_major_conc_collection_end);
290
291 int gc_debug_level = 0;
292 FILE* gc_debug_file;
293 static char* gc_params_options;
294 static char* gc_debug_options;
295
296 /*
297 void
298 mono_gc_flush_info (void)
299 {
300         fflush (gc_debug_file);
301 }
302 */
303
304 #define TV_DECLARE SGEN_TV_DECLARE
305 #define TV_GETTIME SGEN_TV_GETTIME
306 #define TV_ELAPSED SGEN_TV_ELAPSED
307
308 static SGEN_TV_DECLARE (sgen_init_timestamp);
309
310 NurseryClearPolicy nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
311
312 #define object_is_forwarded     SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED
313 #define object_is_pinned        SGEN_OBJECT_IS_PINNED
314 #define pin_object              SGEN_PIN_OBJECT
315
316 #define ptr_in_nursery sgen_ptr_in_nursery
317
318 #define LOAD_VTABLE     SGEN_LOAD_VTABLE
319
320 gboolean
321 nursery_canaries_enabled (void)
322 {
323         return enable_nursery_canaries;
324 }
325
326 #define safe_object_get_size    sgen_safe_object_get_size
327
328 #if defined(HAVE_CONC_GC_AS_DEFAULT)
329 /* Use concurrent major on deskstop platforms */
330 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_conc_init
331 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep-conc"
332 #else
333 #define DEFAULT_MAJOR_INIT sgen_marksweep_init
334 #define DEFAULT_MAJOR_NAME "marksweep"
335 #endif
336
337 /*
338  * ######################################################################
339  * ########  Global data.
340  * ######################################################################
341  */
342 MonoCoopMutex gc_mutex;
343
344 #define SCAN_START_SIZE SGEN_SCAN_START_SIZE
345
346 size_t degraded_mode = 0;
347
348 static mword bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
349
350 GCMemSection *nursery_section = NULL;
351 static volatile mword lowest_heap_address = ~(mword)0;
352 static volatile mword highest_heap_address = 0;
353
354 MonoCoopMutex sgen_interruption_mutex;
355
356 int current_collection_generation = -1;
357 static volatile gboolean concurrent_collection_in_progress = FALSE;
358
359 /* objects that are ready to be finalized */
360 static SgenPointerQueue fin_ready_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
361 static SgenPointerQueue critical_fin_queue = SGEN_POINTER_QUEUE_INIT (INTERNAL_MEM_FINALIZE_READY);
362
363 /* registered roots: the key to the hash is the root start address */
364 /* 
365  * Different kinds of roots are kept separate to speed up pin_from_roots () for example.
366  */
367 SgenHashTable roots_hash [ROOT_TYPE_NUM] = {
368         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
369         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL),
370         SGEN_HASH_TABLE_INIT (INTERNAL_MEM_ROOTS_TABLE, INTERNAL_MEM_ROOT_RECORD, sizeof (RootRecord), sgen_aligned_addr_hash, NULL)
371 };
372 static mword roots_size = 0; /* amount of memory in the root set */
373
374 /* The size of a TLAB */
375 /* The bigger the value, the less often we have to go to the slow path to allocate a new 
376  * one, but the more space is wasted by threads not allocating much memory.
377  * FIXME: Tune this.
378  * FIXME: Make this self-tuning for each thread.
379  */
380 guint32 tlab_size = (1024 * 4);
381
382 #define MAX_SMALL_OBJ_SIZE      SGEN_MAX_SMALL_OBJ_SIZE
383
384 #define ALLOC_ALIGN             SGEN_ALLOC_ALIGN
385
386 #define ALIGN_UP                SGEN_ALIGN_UP
387
388 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
389 MonoNativeThreadId main_gc_thread = NULL;
390 #endif
391
392 /*Object was pinned during the current collection*/
393 static mword objects_pinned;
394
395 /*
396  * ######################################################################
397  * ########  Macros and function declarations.
398  * ######################################################################
399  */
400
401 /* forward declarations */
402 static void scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx);
403
404 static void pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx);
405 static void finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx);
406
407
408 SgenMajorCollector major_collector;
409 SgenMinorCollector sgen_minor_collector;
410
411 static SgenRememberedSet remset;
412
413 /*
414  * The gray queue a worker job must use.  If we're not parallel or
415  * concurrent, we use the main gray queue.
416  */
417 static SgenGrayQueue*
418 sgen_workers_get_job_gray_queue (WorkerData *worker_data, SgenGrayQueue *default_gray_queue)
419 {
420         if (worker_data)
421                 return &worker_data->private_gray_queue;
422         SGEN_ASSERT (0, default_gray_queue, "Why don't we have a default gray queue when we're not running in a worker thread?");
423         return default_gray_queue;
424 }
425
426 static void
427 gray_queue_redirect (SgenGrayQueue *queue)
428 {
429         SGEN_ASSERT (0, concurrent_collection_in_progress, "Where are we redirecting the gray queue to, without a concurrent collection?");
430
431         sgen_workers_take_from_queue (queue);
432 }
433
434 void
435 sgen_scan_area_with_callback (char *start, char *end, IterateObjectCallbackFunc callback, void *data, gboolean allow_flags, gboolean fail_on_canaries)
436 {
437         while (start < end) {
438                 size_t size;
439                 char *obj;
440
441                 if (!*(void**)start) {
442                         start += sizeof (void*); /* should be ALLOC_ALIGN, really */
443                         continue;
444                 }
445
446                 if (allow_flags) {
447                         if (!(obj = (char *)SGEN_OBJECT_IS_FORWARDED (start)))
448                                 obj = start;
449                 } else {
450                         obj = start;
451                 }
452
453                 if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)obj)) {
454                         CHECK_CANARY_FOR_OBJECT ((GCObject*)obj, fail_on_canaries);
455                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
456                         callback ((GCObject*)obj, size, data);
457                         CANARIFY_SIZE (size);
458                 } else {
459                         size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)obj));
460                 }
461
462                 start += size;
463         }
464 }
465
466 /*
467  * sgen_add_to_global_remset:
468  *
469  *   The global remset contains locations which point into newspace after
470  * a minor collection. This can happen if the objects they point to are pinned.
471  *
472  * LOCKING: If called from a parallel collector, the global remset
473  * lock must be held.  For serial collectors that is not necessary.
474  */
475 void
476 sgen_add_to_global_remset (gpointer ptr, GCObject *obj)
477 {
478         SGEN_ASSERT (5, sgen_ptr_in_nursery (obj), "Target pointer of global remset must be in the nursery");
479
480         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_add_to_global_remset);
481
482         if (!major_collector.is_concurrent) {
483                 SGEN_ASSERT (5, current_collection_generation != -1, "Global remsets can only be added during collections");
484         } else {
485                 if (current_collection_generation == -1)
486                         SGEN_ASSERT (5, sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Global remsets outside of collection pauses can only be added by the concurrent collector");
487         }
488
489         if (!object_is_pinned (obj))
490                 SGEN_ASSERT (5, sgen_minor_collector.is_split || sgen_concurrent_collection_in_progress (), "Non-pinned objects can only remain in nursery if it is a split nursery");
491         else if (sgen_cement_lookup_or_register (obj))
492                 return;
493
494         remset.record_pointer (ptr);
495
496         sgen_pin_stats_register_global_remset (obj);
497
498         SGEN_LOG (8, "Adding global remset for %p", ptr);
499         binary_protocol_global_remset (ptr, obj, (gpointer)SGEN_LOAD_VTABLE (obj));
500 }
501
502 /*
503  * sgen_drain_gray_stack:
504  *
505  *   Scan objects in the gray stack until the stack is empty. This should be called
506  * frequently after each object is copied, to achieve better locality and cache
507  * usage.
508  *
509  */
510 gboolean
511 sgen_drain_gray_stack (ScanCopyContext ctx)
512 {
513         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
514         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
515
516         if (ctx.ops->drain_gray_stack)
517                 return ctx.ops->drain_gray_stack (queue);
518
519         for (;;) {
520                 GCObject *obj;
521                 SgenDescriptor desc;
522                 GRAY_OBJECT_DEQUEUE (queue, &obj, &desc);
523                 if (!obj)
524                         return TRUE;
525                 SGEN_LOG (9, "Precise gray object scan %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
526                 scan_func (obj, desc, queue);
527         }
528         return FALSE;
529 }
530
531 /*
532  * Addresses in the pin queue are already sorted. This function finds
533  * the object header for each address and pins the object. The
534  * addresses must be inside the nursery section.  The (start of the)
535  * address array is overwritten with the addresses of the actually
536  * pinned objects.  Return the number of pinned objects.
537  */
538 static int
539 pin_objects_from_nursery_pin_queue (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
540 {
541         GCMemSection *section = nursery_section;
542         void **start =  sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_first_entry);
543         void **end = sgen_pinning_get_entry (section->pin_queue_last_entry);
544         void *start_nursery = section->data;
545         void *end_nursery = section->next_data;
546         void *last = NULL;
547         int count = 0;
548         void *search_start;
549         void *addr;
550         void *pinning_front = start_nursery;
551         size_t idx;
552         void **definitely_pinned = start;
553         ScanObjectFunc scan_func = ctx.ops->scan_object;
554         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
555
556         sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
557
558         while (start < end) {
559                 GCObject *obj_to_pin = NULL;
560                 size_t obj_to_pin_size = 0;
561                 SgenDescriptor desc;
562
563                 addr = *start;
564
565                 SGEN_ASSERT (0, addr >= start_nursery && addr < end_nursery, "Potential pinning address out of range");
566                 SGEN_ASSERT (0, addr >= last, "Pin queue not sorted");
567
568                 if (addr == last) {
569                         ++start;
570                         continue;
571                 }
572
573                 SGEN_LOG (5, "Considering pinning addr %p", addr);
574                 /* We've already processed everything up to pinning_front. */
575                 if (addr < pinning_front) {
576                         start++;
577                         continue;
578                 }
579
580                 /*
581                  * Find the closest scan start <= addr.  We might search backward in the
582                  * scan_starts array because entries might be NULL.  In the worst case we
583                  * start at start_nursery.
584                  */
585                 idx = ((char*)addr - (char*)section->data) / SCAN_START_SIZE;
586                 SGEN_ASSERT (0, idx < section->num_scan_start, "Scan start index out of range");
587                 search_start = (void*)section->scan_starts [idx];
588                 if (!search_start || search_start > addr) {
589                         while (idx) {
590                                 --idx;
591                                 search_start = section->scan_starts [idx];
592                                 if (search_start && search_start <= addr)
593                                         break;
594                         }
595                         if (!search_start || search_start > addr)
596                                 search_start = start_nursery;
597                 }
598
599                 /*
600                  * If the pinning front is closer than the scan start we found, start
601                  * searching at the front.
602                  */
603                 if (search_start < pinning_front)
604                         search_start = pinning_front;
605
606                 /*
607                  * Now addr should be in an object a short distance from search_start.
608                  *
609                  * search_start must point to zeroed mem or point to an object.
610                  */
611                 do {
612                         size_t obj_size, canarified_obj_size;
613
614                         /* Skip zeros. */
615                         if (!*(void**)search_start) {
616                                 search_start = (void*)ALIGN_UP ((mword)search_start + sizeof (gpointer));
617                                 /* The loop condition makes sure we don't overrun addr. */
618                                 continue;
619                         }
620
621                         canarified_obj_size = obj_size = ALIGN_UP (safe_object_get_size ((GCObject*)search_start));
622
623                         /*
624                          * Filler arrays are marked by an invalid sync word.  We don't
625                          * consider them for pinning.  They are not delimited by canaries,
626                          * either.
627                          */
628                         if (!sgen_client_object_is_array_fill ((GCObject*)search_start)) {
629                                 CHECK_CANARY_FOR_OBJECT (search_start, TRUE);
630                                 CANARIFY_SIZE (canarified_obj_size);
631
632                                 if (addr >= search_start && (char*)addr < (char*)search_start + obj_size) {
633                                         /* This is the object we're looking for. */
634                                         obj_to_pin = (GCObject*)search_start;
635                                         obj_to_pin_size = canarified_obj_size;
636                                         break;
637                                 }
638                         }
639
640                         /* Skip to the next object */
641                         search_start = (void*)((char*)search_start + canarified_obj_size);
642                 } while (search_start <= addr);
643
644                 /* We've searched past the address we were looking for. */
645                 if (!obj_to_pin) {
646                         pinning_front = search_start;
647                         goto next_pin_queue_entry;
648                 }
649
650                 /*
651                  * We've found an object to pin.  It might still be a dummy array, but we
652                  * can advance the pinning front in any case.
653                  */
654                 pinning_front = (char*)obj_to_pin + obj_to_pin_size;
655
656                 /*
657                  * If this is a dummy array marking the beginning of a nursery
658                  * fragment, we don't pin it.
659                  */
660                 if (sgen_client_object_is_array_fill (obj_to_pin))
661                         goto next_pin_queue_entry;
662
663                 /*
664                  * Finally - pin the object!
665                  */
666                 desc = sgen_obj_get_descriptor_safe (obj_to_pin);
667                 if (do_scan_objects) {
668                         scan_func (obj_to_pin, desc, queue);
669                 } else {
670                         SGEN_LOG (4, "Pinned object %p, vtable %p (%s), count %d\n",
671                                         obj_to_pin, *(void**)obj_to_pin, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj_to_pin)), count);
672                         binary_protocol_pin (obj_to_pin,
673                                         (gpointer)LOAD_VTABLE (obj_to_pin),
674                                         safe_object_get_size (obj_to_pin));
675
676                         pin_object (obj_to_pin);
677                         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, obj_to_pin, desc);
678                         sgen_pin_stats_register_object (obj_to_pin, GENERATION_NURSERY);
679                         definitely_pinned [count] = obj_to_pin;
680                         count++;
681                 }
682                 if (concurrent_collection_in_progress)
683                         sgen_pinning_register_pinned_in_nursery (obj_to_pin);
684
685         next_pin_queue_entry:
686                 last = addr;
687                 ++start;
688         }
689         sgen_client_nursery_objects_pinned (definitely_pinned, count);
690         stat_pinned_objects += count;
691         return count;
692 }
693
694 static void
695 pin_objects_in_nursery (gboolean do_scan_objects, ScanCopyContext ctx)
696 {
697         size_t reduced_to;
698
699         if (nursery_section->pin_queue_first_entry == nursery_section->pin_queue_last_entry)
700                 return;
701
702         reduced_to = pin_objects_from_nursery_pin_queue (do_scan_objects, ctx);
703         nursery_section->pin_queue_last_entry = nursery_section->pin_queue_first_entry + reduced_to;
704 }
705
706 /*
707  * This function is only ever called (via `collector_pin_object()` in `sgen-copy-object.h`)
708  * when we can't promote an object because we're out of memory.
709  */
710 void
711 sgen_pin_object (GCObject *object, SgenGrayQueue *queue)
712 {
713         SGEN_ASSERT (0, sgen_ptr_in_nursery (object), "We're only supposed to use this for pinning nursery objects when out of memory.");
714
715         /*
716          * All pinned objects are assumed to have been staged, so we need to stage as well.
717          * Also, the count of staged objects shows that "late pinning" happened.
718          */
719         sgen_pin_stage_ptr (object);
720
721         SGEN_PIN_OBJECT (object);
722         binary_protocol_pin (object, (gpointer)LOAD_VTABLE (object), safe_object_get_size (object));
723
724         ++objects_pinned;
725         sgen_pin_stats_register_object (object, GENERATION_NURSERY);
726
727         GRAY_OBJECT_ENQUEUE (queue, object, sgen_obj_get_descriptor_safe (object));
728 }
729
730 /* Sort the addresses in array in increasing order.
731  * Done using a by-the book heap sort. Which has decent and stable performance, is pretty cache efficient.
732  */
733 void
734 sgen_sort_addresses (void **array, size_t size)
735 {
736         size_t i;
737         void *tmp;
738
739         for (i = 1; i < size; ++i) {
740                 size_t child = i;
741                 while (child > 0) {
742                         size_t parent = (child - 1) / 2;
743
744                         if (array [parent] >= array [child])
745                                 break;
746
747                         tmp = array [parent];
748                         array [parent] = array [child];
749                         array [child] = tmp;
750
751                         child = parent;
752                 }
753         }
754
755         for (i = size - 1; i > 0; --i) {
756                 size_t end, root;
757                 tmp = array [i];
758                 array [i] = array [0];
759                 array [0] = tmp;
760
761                 end = i - 1;
762                 root = 0;
763
764                 while (root * 2 + 1 <= end) {
765                         size_t child = root * 2 + 1;
766
767                         if (child < end && array [child] < array [child + 1])
768                                 ++child;
769                         if (array [root] >= array [child])
770                                 break;
771
772                         tmp = array [root];
773                         array [root] = array [child];
774                         array [child] = tmp;
775
776                         root = child;
777                 }
778         }
779 }
780
781 /* 
782  * Scan the memory between start and end and queue values which could be pointers
783  * to the area between start_nursery and end_nursery for later consideration.
784  * Typically used for thread stacks.
785  */
786 void
787 sgen_conservatively_pin_objects_from (void **start, void **end, void *start_nursery, void *end_nursery, int pin_type)
788 {
789         int count = 0;
790
791         SGEN_ASSERT (0, ((mword)start & (SIZEOF_VOID_P - 1)) == 0, "Why are we scanning for references in unaligned memory ?");
792
793 #if defined(VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE) && !defined(_WIN64)
794         VALGRIND_MAKE_MEM_DEFINED_IF_ADDRESSABLE (start, (char*)end - (char*)start);
795 #endif
796
797         while (start < end) {
798                 /*
799                  * *start can point to the middle of an object
800                  * note: should we handle pointing at the end of an object?
801                  * pinning in C# code disallows pointing at the end of an object
802                  * but there is some small chance that an optimizing C compiler
803                  * may keep the only reference to an object by pointing
804                  * at the end of it. We ignore this small chance for now.
805                  * Pointers to the end of an object are indistinguishable
806                  * from pointers to the start of the next object in memory
807                  * so if we allow that we'd need to pin two objects...
808                  * We queue the pointer in an array, the
809                  * array will then be sorted and uniqued. This way
810                  * we can coalesce several pinning pointers and it should
811                  * be faster since we'd do a memory scan with increasing
812                  * addresses. Note: we can align the address to the allocation
813                  * alignment, so the unique process is more effective.
814                  */
815                 mword addr = (mword)*start;
816                 addr &= ~(ALLOC_ALIGN - 1);
817                 if (addr >= (mword)start_nursery && addr < (mword)end_nursery) {
818                         SGEN_LOG (6, "Pinning address %p from %p", (void*)addr, start);
819                         sgen_pin_stage_ptr ((void*)addr);
820                         binary_protocol_pin_stage (start, (void*)addr);
821                         sgen_pin_stats_register_address ((char*)addr, pin_type);
822                         count++;
823                 }
824                 start++;
825         }
826         if (count)
827                 SGEN_LOG (7, "found %d potential pinned heap pointers", count);
828 }
829
830 /*
831  * The first thing we do in a collection is to identify pinned objects.
832  * This function considers all the areas of memory that need to be
833  * conservatively scanned.
834  */
835 static void
836 pin_from_roots (void *start_nursery, void *end_nursery, ScanCopyContext ctx)
837 {
838         void **start_root;
839         RootRecord *root;
840         SGEN_LOG (2, "Scanning pinned roots (%d bytes, %d/%d entries)", (int)roots_size, roots_hash [ROOT_TYPE_NORMAL].num_entries, roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED].num_entries);
841         /* objects pinned from the API are inside these roots */
842         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [ROOT_TYPE_PINNED], void **, start_root, RootRecord *, root) {
843                 SGEN_LOG (6, "Pinned roots %p-%p", start_root, root->end_root);
844                 sgen_conservatively_pin_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, start_nursery, end_nursery, PIN_TYPE_OTHER);
845         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
846         /* now deal with the thread stacks
847          * in the future we should be able to conservatively scan only:
848          * *) the cpu registers
849          * *) the unmanaged stack frames
850          * *) the _last_ managed stack frame
851          * *) pointers slots in managed frames
852          */
853         sgen_client_scan_thread_data (start_nursery, end_nursery, FALSE, ctx);
854 }
855
856 static void
857 single_arg_user_copy_or_mark (GCObject **obj, void *gc_data)
858 {
859         ScanCopyContext *ctx = (ScanCopyContext *)gc_data;
860         ctx->ops->copy_or_mark_object (obj, ctx->queue);
861 }
862
863 /*
864  * The memory area from start_root to end_root contains pointers to objects.
865  * Their position is precisely described by @desc (this means that the pointer
866  * can be either NULL or the pointer to the start of an object).
867  * This functions copies them to to_space updates them.
868  *
869  * This function is not thread-safe!
870  */
871 static void
872 precisely_scan_objects_from (void** start_root, void** end_root, char* n_start, char *n_end, SgenDescriptor desc, ScanCopyContext ctx)
873 {
874         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
875         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
876
877         switch (desc & ROOT_DESC_TYPE_MASK) {
878         case ROOT_DESC_BITMAP:
879                 desc >>= ROOT_DESC_TYPE_SHIFT;
880                 while (desc) {
881                         if ((desc & 1) && *start_root) {
882                                 copy_func ((GCObject**)start_root, queue);
883                                 SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", start_root, *start_root);
884                         }
885                         desc >>= 1;
886                         start_root++;
887                 }
888                 return;
889         case ROOT_DESC_COMPLEX: {
890                 gsize *bitmap_data = (gsize *)sgen_get_complex_descriptor_bitmap (desc);
891                 gsize bwords = (*bitmap_data) - 1;
892                 void **start_run = start_root;
893                 bitmap_data++;
894                 while (bwords-- > 0) {
895                         gsize bmap = *bitmap_data++;
896                         void **objptr = start_run;
897                         while (bmap) {
898                                 if ((bmap & 1) && *objptr) {
899                                         copy_func ((GCObject**)objptr, queue);
900                                         SGEN_LOG (9, "Overwrote root at %p with %p", objptr, *objptr);
901                                 }
902                                 bmap >>= 1;
903                                 ++objptr;
904                         }
905                         start_run += GC_BITS_PER_WORD;
906                 }
907                 break;
908         }
909         case ROOT_DESC_USER: {
910                 SgenUserRootMarkFunc marker = sgen_get_user_descriptor_func (desc);
911                 marker (start_root, single_arg_user_copy_or_mark, &ctx);
912                 break;
913         }
914         case ROOT_DESC_RUN_LEN:
915                 g_assert_not_reached ();
916         default:
917                 g_assert_not_reached ();
918         }
919 }
920
921 static void
922 reset_heap_boundaries (void)
923 {
924         lowest_heap_address = ~(mword)0;
925         highest_heap_address = 0;
926 }
927
928 void
929 sgen_update_heap_boundaries (mword low, mword high)
930 {
931         mword old;
932
933         do {
934                 old = lowest_heap_address;
935                 if (low >= old)
936                         break;
937         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&lowest_heap_address, (gpointer)low, (gpointer)old) != (gpointer)old);
938
939         do {
940                 old = highest_heap_address;
941                 if (high <= old)
942                         break;
943         } while (SGEN_CAS_PTR ((gpointer*)&highest_heap_address, (gpointer)high, (gpointer)old) != (gpointer)old);
944 }
945
946 /*
947  * Allocate and setup the data structures needed to be able to allocate objects
948  * in the nursery. The nursery is stored in nursery_section.
949  */
950 static void
951 alloc_nursery (void)
952 {
953         GCMemSection *section;
954         char *data;
955         size_t scan_starts;
956         size_t alloc_size;
957
958         if (nursery_section)
959                 return;
960         SGEN_LOG (2, "Allocating nursery size: %zu", (size_t)sgen_nursery_size);
961         /* later we will alloc a larger area for the nursery but only activate
962          * what we need. The rest will be used as expansion if we have too many pinned
963          * objects in the existing nursery.
964          */
965         /* FIXME: handle OOM */
966         section = (GCMemSection *)sgen_alloc_internal (INTERNAL_MEM_SECTION);
967
968         alloc_size = sgen_nursery_size;
969
970         /* If there isn't enough space even for the nursery we should simply abort. */
971         g_assert (sgen_memgov_try_alloc_space (alloc_size, SPACE_NURSERY));
972
973         data = (char *)major_collector.alloc_heap (alloc_size, alloc_size, DEFAULT_NURSERY_BITS);
974         sgen_update_heap_boundaries ((mword)data, (mword)(data + sgen_nursery_size));
975         SGEN_LOG (4, "Expanding nursery size (%p-%p): %lu, total: %lu", data, data + alloc_size, (unsigned long)sgen_nursery_size, (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation ());
976         section->data = section->next_data = data;
977         section->size = alloc_size;
978         section->end_data = data + sgen_nursery_size;
979         scan_starts = (alloc_size + SCAN_START_SIZE - 1) / SCAN_START_SIZE;
980         section->scan_starts = (char **)sgen_alloc_internal_dynamic (sizeof (char*) * scan_starts, INTERNAL_MEM_SCAN_STARTS, TRUE);
981         section->num_scan_start = scan_starts;
982
983         nursery_section = section;
984
985         sgen_nursery_allocator_set_nursery_bounds (data, data + sgen_nursery_size);
986 }
987
988 FILE *
989 mono_gc_get_logfile (void)
990 {
991         return gc_debug_file;
992 }
993
994 void
995 mono_gc_params_set (const char* options)
996 {
997         if (gc_params_options)
998                 g_free (gc_params_options);
999
1000         gc_params_options = g_strdup (options);
1001 }
1002
1003 void
1004 mono_gc_debug_set (const char* options)
1005 {
1006         if (gc_debug_options)
1007                 g_free (gc_debug_options);
1008
1009         gc_debug_options = g_strdup (options);
1010 }
1011
1012 static void
1013 scan_finalizer_entries (SgenPointerQueue *fin_queue, ScanCopyContext ctx)
1014 {
1015         CopyOrMarkObjectFunc copy_func = ctx.ops->copy_or_mark_object;
1016         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1017         size_t i;
1018
1019         for (i = 0; i < fin_queue->next_slot; ++i) {
1020                 GCObject *obj = (GCObject *)fin_queue->data [i];
1021                 if (!obj)
1022                         continue;
1023                 SGEN_LOG (5, "Scan of fin ready object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
1024                 copy_func ((GCObject**)&fin_queue->data [i], queue);
1025         }
1026 }
1027
1028 static const char*
1029 generation_name (int generation)
1030 {
1031         switch (generation) {
1032         case GENERATION_NURSERY: return "nursery";
1033         case GENERATION_OLD: return "old";
1034         default: g_assert_not_reached ();
1035         }
1036 }
1037
1038 const char*
1039 sgen_generation_name (int generation)
1040 {
1041         return generation_name (generation);
1042 }
1043
1044 static void
1045 finish_gray_stack (int generation, ScanCopyContext ctx)
1046 {
1047         TV_DECLARE (atv);
1048         TV_DECLARE (btv);
1049         int done_with_ephemerons, ephemeron_rounds = 0;
1050         char *start_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_start () : NULL;
1051         char *end_addr = generation == GENERATION_NURSERY ? sgen_get_nursery_end () : (char*)-1;
1052         SgenGrayQueue *queue = ctx.queue;
1053
1054         binary_protocol_finish_gray_stack_start (sgen_timestamp (), generation);
1055         /*
1056          * We copied all the reachable objects. Now it's the time to copy
1057          * the objects that were not referenced by the roots, but by the copied objects.
1058          * we built a stack of objects pointed to by gray_start: they are
1059          * additional roots and we may add more items as we go.
1060          * We loop until gray_start == gray_objects which means no more objects have
1061          * been added. Note this is iterative: no recursion is involved.
1062          * We need to walk the LO list as well in search of marked big objects
1063          * (use a flag since this is needed only on major collections). We need to loop
1064          * here as well, so keep a counter of marked LO (increasing it in copy_object).
1065          *   To achieve better cache locality and cache usage, we drain the gray stack 
1066          * frequently, after each object is copied, and just finish the work here.
1067          */
1068         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1069         TV_GETTIME (atv);
1070         SGEN_LOG (2, "%s generation done", generation_name (generation));
1071
1072         /*
1073         Reset bridge data, we might have lingering data from a previous collection if this is a major
1074         collection trigged by minor overflow.
1075
1076         We must reset the gathered bridges since their original block might be evacuated due to major
1077         fragmentation in the meanwhile and the bridge code should not have to deal with that.
1078         */
1079         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
1080                 sgen_client_bridge_reset_data ();
1081
1082         /*
1083          * Mark all strong toggleref objects. This must be done before we walk ephemerons or finalizers
1084          * to ensure they see the full set of live objects.
1085          */
1086         sgen_client_mark_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1087
1088         /*
1089          * Walk the ephemeron tables marking all values with reachable keys. This must be completely done
1090          * before processing finalizable objects and non-tracking weak links to avoid finalizing/clearing
1091          * objects that are in fact reachable.
1092          */
1093         done_with_ephemerons = 0;
1094         do {
1095                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1096                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1097                 ++ephemeron_rounds;
1098         } while (!done_with_ephemerons);
1099
1100         if (sgen_client_bridge_need_processing ()) {
1101                 /*Make sure the gray stack is empty before we process bridge objects so we get liveness right*/
1102                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1103                 sgen_collect_bridge_objects (generation, ctx);
1104                 if (generation == GENERATION_OLD)
1105                         sgen_collect_bridge_objects (GENERATION_NURSERY, ctx);
1106
1107                 /*
1108                 Do the first bridge step here, as the collector liveness state will become useless after that.
1109
1110                 An important optimization is to only proccess the possibly dead part of the object graph and skip
1111                 over all live objects as we transitively know everything they point must be alive too.
1112
1113                 The above invariant is completely wrong if we let the gray queue be drained and mark/copy everything.
1114
1115                 This has the unfortunate side effect of making overflow collections perform the first step twice, but
1116                 given we now have heuristics that perform major GC in anticipation of minor overflows this should not
1117                 be a big deal.
1118                 */
1119                 sgen_client_bridge_processing_stw_step ();
1120         }
1121
1122         /*
1123         Make sure we drain the gray stack before processing disappearing links and finalizers.
1124         If we don't make sure it is empty we might wrongly see a live object as dead.
1125         */
1126         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1127
1128         /*
1129         We must clear weak links that don't track resurrection before processing object ready for
1130         finalization so they can be cleared before that.
1131         */
1132         sgen_null_link_in_range (generation, ctx, FALSE);
1133         if (generation == GENERATION_OLD)
1134                 sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, FALSE);
1135
1136
1137         /* walk the finalization queue and move also the objects that need to be
1138          * finalized: use the finalized objects as new roots so the objects they depend
1139          * on are also not reclaimed. As with the roots above, only objects in the nursery
1140          * are marked/copied.
1141          */
1142         sgen_finalize_in_range (generation, ctx);
1143         if (generation == GENERATION_OLD)
1144                 sgen_finalize_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx);
1145         /* drain the new stack that might have been created */
1146         SGEN_LOG (6, "Precise scan of gray area post fin");
1147         sgen_drain_gray_stack (ctx);
1148
1149         /*
1150          * This must be done again after processing finalizable objects since CWL slots are cleared only after the key is finalized.
1151          */
1152         done_with_ephemerons = 0;
1153         do {
1154                 done_with_ephemerons = sgen_client_mark_ephemerons (ctx);
1155                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1156                 ++ephemeron_rounds;
1157         } while (!done_with_ephemerons);
1158
1159         sgen_client_clear_unreachable_ephemerons (ctx);
1160
1161         /*
1162          * We clear togglerefs only after all possible chances of revival are done. 
1163          * This is semantically more inline with what users expect and it allows for
1164          * user finalizers to correctly interact with TR objects.
1165         */
1166         sgen_client_clear_togglerefs (start_addr, end_addr, ctx);
1167
1168         TV_GETTIME (btv);
1169         SGEN_LOG (2, "Finalize queue handling scan for %s generation: %lld usecs %d ephemeron rounds", generation_name (generation), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), ephemeron_rounds);
1170
1171         /*
1172          * handle disappearing links
1173          * Note we do this after checking the finalization queue because if an object
1174          * survives (at least long enough to be finalized) we don't clear the link.
1175          * This also deals with a possible issue with the monitor reclamation: with the Boehm
1176          * GC a finalized object my lose the monitor because it is cleared before the finalizer is
1177          * called.
1178          */
1179         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1180         for (;;) {
1181                 sgen_null_link_in_range (generation, ctx, TRUE);
1182                 if (generation == GENERATION_OLD)
1183                         sgen_null_link_in_range (GENERATION_NURSERY, ctx, TRUE);
1184                 if (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue))
1185                         break;
1186                 sgen_drain_gray_stack (ctx);
1187         }
1188
1189         g_assert (sgen_gray_object_queue_is_empty (queue));
1190
1191         binary_protocol_finish_gray_stack_end (sgen_timestamp (), generation);
1192 }
1193
1194 void
1195 sgen_check_section_scan_starts (GCMemSection *section)
1196 {
1197         size_t i;
1198         for (i = 0; i < section->num_scan_start; ++i) {
1199                 if (section->scan_starts [i]) {
1200                         mword size = safe_object_get_size ((GCObject*) section->scan_starts [i]);
1201                         SGEN_ASSERT (0, size >= SGEN_CLIENT_MINIMUM_OBJECT_SIZE && size <= MAX_SMALL_OBJ_SIZE, "Weird object size at scan starts.");
1202                 }
1203         }
1204 }
1205
1206 static void
1207 check_scan_starts (void)
1208 {
1209         if (!do_scan_starts_check)
1210                 return;
1211         sgen_check_section_scan_starts (nursery_section);
1212         major_collector.check_scan_starts ();
1213 }
1214
1215 static void
1216 scan_from_registered_roots (char *addr_start, char *addr_end, int root_type, ScanCopyContext ctx)
1217 {
1218         void **start_root;
1219         RootRecord *root;
1220         SGEN_HASH_TABLE_FOREACH (&roots_hash [root_type], void **, start_root, RootRecord *, root) {
1221                 SGEN_LOG (6, "Precise root scan %p-%p (desc: %p)", start_root, root->end_root, (void*)root->root_desc);
1222                 precisely_scan_objects_from (start_root, (void**)root->end_root, addr_start, addr_end, root->root_desc, ctx);
1223         } SGEN_HASH_TABLE_FOREACH_END;
1224 }
1225
1226 static void
1227 init_stats (void)
1228 {
1229         static gboolean inited = FALSE;
1230
1231         if (inited)
1232                 return;
1233
1234         mono_counters_register ("Collection max time",  MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME | MONO_COUNTER_MONOTONIC, &time_max);
1235
1236         mono_counters_register ("Minor fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pre_collection_fragment_clear);
1237         mono_counters_register ("Minor pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_pinning);
1238         mono_counters_register ("Minor scan remembered set", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_remsets);
1239         mono_counters_register ("Minor scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_pinned);
1240         mono_counters_register ("Minor scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_scan_roots);
1241         mono_counters_register ("Minor fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_minor_fragment_creation);
1242
1243         mono_counters_register ("Major fragment clear", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pre_collection_fragment_clear);
1244         mono_counters_register ("Major pinning", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_pinning);
1245         mono_counters_register ("Major scan pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_pinned);
1246         mono_counters_register ("Major scan roots", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_roots);
1247         mono_counters_register ("Major scan mod union", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_scan_mod_union);
1248         mono_counters_register ("Major finish gray stack", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_finish_gray_stack);
1249         mono_counters_register ("Major free big objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_free_bigobjs);
1250         mono_counters_register ("Major LOS sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_los_sweep);
1251         mono_counters_register ("Major sweep", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_sweep);
1252         mono_counters_register ("Major fragment creation", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG | MONO_COUNTER_TIME, &time_major_fragment_creation);
1253
1254         mono_counters_register ("Number of pinned objects", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_pinned_objects);
1255
1256 #ifdef HEAVY_STATISTICS
1257         mono_counters_register ("WBarrier remember pointer", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_add_to_global_remset);
1258         mono_counters_register ("WBarrier arrayref copy", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_arrayref_copy);
1259         mono_counters_register ("WBarrier generic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store);
1260         mono_counters_register ("WBarrier generic atomic store called", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_generic_store_atomic);
1261         mono_counters_register ("WBarrier set root", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_wbarrier_set_root);
1262
1263         mono_counters_register ("# objects allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_alloced_degraded);
1264         mono_counters_register ("bytes allocated degraded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_bytes_alloced_degraded);
1265
1266         mono_counters_register ("# copy_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_nursery);
1267         mono_counters_register ("# objects copied (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_nursery);
1268         mono_counters_register ("# copy_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_copy_object_called_major);
1269         mono_counters_register ("# objects copied (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_objects_copied_major);
1270
1271         mono_counters_register ("# scan_object() called (nursery)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_nursery);
1272         mono_counters_register ("# scan_object() called (major)", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_scan_object_called_major);
1273
1274         mono_counters_register ("Slots allocated in vain", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_slots_allocated_in_vain);
1275
1276         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed from space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_from_space);
1277         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed forwarded", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_forwarded);
1278         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed pinned", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_pinned);
1279         mono_counters_register ("# nursery copy_object() failed to space", MONO_COUNTER_GC | MONO_COUNTER_ULONG, &stat_nursery_copy_object_failed_to_space);
1280
1281         sgen_nursery_allocator_init_heavy_stats ();
1282 #endif
1283
1284         inited = TRUE;
1285 }
1286
1287
1288 static void
1289 reset_pinned_from_failed_allocation (void)
1290 {
1291         bytes_pinned_from_failed_allocation = 0;
1292 }
1293
1294 void
1295 sgen_set_pinned_from_failed_allocation (mword objsize)
1296 {
1297         bytes_pinned_from_failed_allocation += objsize;
1298 }
1299
1300 gboolean
1301 sgen_collection_is_concurrent (void)
1302 {
1303         switch (current_collection_generation) {
1304         case GENERATION_NURSERY:
1305                 return FALSE;
1306         case GENERATION_OLD:
1307                 return concurrent_collection_in_progress;
1308         default:
1309                 g_error ("Invalid current generation %d", current_collection_generation);
1310         }
1311         return FALSE;
1312 }
1313
1314 gboolean
1315 sgen_concurrent_collection_in_progress (void)
1316 {
1317         return concurrent_collection_in_progress;
1318 }
1319
1320 typedef struct {
1321         SgenThreadPoolJob job;
1322         SgenObjectOperations *ops;
1323         SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue;
1324 } ScanJob;
1325
1326 typedef struct {
1327         ScanJob scan_job;
1328         int job_index;
1329 } ParallelScanJob;
1330
1331 static ScanCopyContext
1332 scan_copy_context_for_scan_job (void *worker_data_untyped, ScanJob *job)
1333 {
1334         WorkerData *worker_data = (WorkerData *)worker_data_untyped;
1335
1336         return CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (job->ops, sgen_workers_get_job_gray_queue (worker_data, job->gc_thread_gray_queue));
1337 }
1338
1339 static void
1340 job_remembered_set_scan (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1341 {
1342         remset.scan_remsets (scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job));
1343 }
1344
1345 typedef struct {
1346         ScanJob scan_job;
1347         char *heap_start;
1348         char *heap_end;
1349         int root_type;
1350 } ScanFromRegisteredRootsJob;
1351
1352 static void
1353 job_scan_from_registered_roots (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1354 {
1355         ScanFromRegisteredRootsJob *job_data = (ScanFromRegisteredRootsJob*)job;
1356         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1357
1358         scan_from_registered_roots (job_data->heap_start, job_data->heap_end, job_data->root_type, ctx);
1359 }
1360
1361 typedef struct {
1362         ScanJob scan_job;
1363         char *heap_start;
1364         char *heap_end;
1365 } ScanThreadDataJob;
1366
1367 static void
1368 job_scan_thread_data (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1369 {
1370         ScanThreadDataJob *job_data = (ScanThreadDataJob*)job;
1371         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1372
1373         sgen_client_scan_thread_data (job_data->heap_start, job_data->heap_end, TRUE, ctx);
1374 }
1375
1376 typedef struct {
1377         ScanJob scan_job;
1378         SgenPointerQueue *queue;
1379 } ScanFinalizerEntriesJob;
1380
1381 static void
1382 job_scan_finalizer_entries (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1383 {
1384         ScanFinalizerEntriesJob *job_data = (ScanFinalizerEntriesJob*)job;
1385         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, &job_data->scan_job);
1386
1387         scan_finalizer_entries (job_data->queue, ctx);
1388 }
1389
1390 static void
1391 job_scan_major_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1392 {
1393         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1394         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1395
1396         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1397         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx, 0, 1);
1398 }
1399
1400 static void
1401 job_scan_los_mod_union_card_table (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1402 {
1403         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1404         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1405
1406         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1407         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION, ctx, 0, 1);
1408 }
1409
1410 static void
1411 job_major_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1412 {
1413         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1414         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1415
1416         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1417
1418         major_collector.scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1419 }
1420
1421 static void
1422 job_los_mod_union_preclean (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1423 {
1424         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1425         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1426
1427         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1428
1429         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
1430 }
1431
1432 static void
1433 job_scan_last_pinned (void *worker_data_untyped, SgenThreadPoolJob *job)
1434 {
1435         ScanJob *job_data = (ScanJob*)job;
1436         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, job_data);
1437
1438         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1439
1440         sgen_scan_pin_queue_objects (ctx);
1441 }
1442
1443 static void
1444 workers_finish_callback (void)
1445 {
1446         ParallelScanJob *psj;
1447         ScanJob *sj;
1448         int split_count = sgen_workers_get_job_split_count ();
1449         int i;
1450         /* Mod union preclean jobs */
1451         for (i = 0; i < split_count; i++) {
1452                 psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean major mod union cardtable", job_major_mod_union_preclean, sizeof (ParallelScanJob));
1453                 psj->scan_job.ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1454                 psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1455                 psj->job_index = i;
1456                 sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1457         }
1458
1459         for (i = 0; i < split_count; i++) {
1460                 psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean los mod union cardtable", job_los_mod_union_preclean, sizeof (ParallelScanJob));
1461                 psj->scan_job.ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1462                 psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1463                 psj->job_index = i;
1464                 sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1465         }
1466
1467         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan last pinned", job_scan_last_pinned, sizeof (ScanJob));
1468         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1469         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1470         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1471 }
1472
1473 static void
1474 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1475 {
1476         if (use_workers)
1477                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1478         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1479 }
1480
1481 static void
1482 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1483 {
1484         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1485         ScanThreadDataJob *stdj;
1486         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1487
1488         /* registered roots, this includes static fields */
1489
1490         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1491         scrrj->scan_job.ops = ops;
1492         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1493         scrrj->heap_start = heap_start;
1494         scrrj->heap_end = heap_end;
1495         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1496         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1497
1498         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1499         scrrj->scan_job.ops = ops;
1500         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1501         scrrj->heap_start = heap_start;
1502         scrrj->heap_end = heap_end;
1503         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1504         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1505
1506         /* Threads */
1507
1508         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1509         stdj->scan_job.ops = ops;
1510         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1511         stdj->heap_start = heap_start;
1512         stdj->heap_end = heap_end;
1513         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1514
1515         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1516
1517         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1518         sfej->scan_job.ops = ops;
1519         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1520         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1521         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1522
1523         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1524         sfej->scan_job.ops = ops;
1525         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1526         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1527         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Perform a nursery collection.
1532  *
1533  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1534  */
1535 static gboolean
1536 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue)
1537 {
1538         gboolean needs_major;
1539         size_t max_garbage_amount;
1540         char *nursery_next;
1541         mword fragment_total;
1542         ScanJob *sj;
1543         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1544         SgenObjectOperations *object_ops;
1545         ScanCopyContext ctx;
1546         TV_DECLARE (atv);
1547         TV_DECLARE (btv);
1548         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
1549         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
1550
1551         if (disable_minor_collections)
1552                 return TRUE;
1553
1554         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1555         atv = last_minor_collection_start_tv;
1556
1557         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1558
1559         if (sgen_concurrent_collection_in_progress ())
1560                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops_with_concurrent_major;
1561         else
1562                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1563
1564         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1565                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1566
1567         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1568
1569         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1570
1571         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1572
1573         check_scan_starts ();
1574
1575         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1576
1577         degraded_mode = 0;
1578         objects_pinned = 0;
1579         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1580         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1581         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1582
1583         SGEN_LOG (1, "Start nursery collection %d %p-%p, size: %d", gc_stats.minor_gc_count, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, (int)(nursery_next - sgen_get_nursery_start ()));
1584         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1585         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1586
1587         /* world must be stopped already */
1588         TV_GETTIME (btv);
1589         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1590
1591         sgen_client_pre_collection_checks ();
1592
1593         nursery_section->next_data = nursery_next;
1594
1595         major_collector.start_nursery_collection ();
1596
1597         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1598
1599         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1600         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1601
1602         gc_stats.minor_gc_count ++;
1603
1604         sgen_process_fin_stage_entries ();
1605
1606         /* pin from pinned handles */
1607         sgen_init_pinning ();
1608         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1609         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1610         /* pin cemented objects */
1611         sgen_pin_cemented_objects ();
1612         /* identify pinned objects */
1613         sgen_optimize_pin_queue ();
1614         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1615
1616         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1617         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1618
1619         if (remset_consistency_checks)
1620                 sgen_check_remset_consistency ();
1621
1622         if (whole_heap_check_before_collection) {
1623                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1624                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1625         }
1626
1627         TV_GETTIME (atv);
1628         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1629         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1630         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1631
1632         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1633         sj->ops = object_ops;
1634         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1635         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1636
1637         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1638         TV_GETTIME (btv);
1639         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1640         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1641
1642         sgen_pin_stats_report ();
1643
1644         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1645         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1646
1647         TV_GETTIME (atv);
1648         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1649
1650         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1651
1652         TV_GETTIME (btv);
1653         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1654
1655         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1656
1657         TV_GETTIME (atv);
1658         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1659         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1660
1661         if (objects_pinned) {
1662                 sgen_optimize_pin_queue ();
1663                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1664         }
1665
1666         /*
1667          * This is the latest point at which we can do this check, because
1668          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1669          */
1670         if (remset_consistency_checks)
1671                 sgen_check_remset_consistency ();
1672
1673         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1674          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1675          * next allocations.
1676          */
1677         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1678         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1679         if (!fragment_total)
1680                 degraded_mode = 1;
1681
1682         /* Clear TLABs for all threads */
1683         sgen_clear_tlabs ();
1684
1685         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1686         TV_GETTIME (btv);
1687         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1688         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1689
1690         if (remset_consistency_checks)
1691                 sgen_check_major_refs ();
1692
1693         major_collector.finish_nursery_collection ();
1694
1695         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1696         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1697
1698         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1699
1700         /* prepare the pin queue for the next collection */
1701         sgen_finish_pinning ();
1702         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1703                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1704                 sgen_client_finalize_notify ();
1705         }
1706         sgen_pin_stats_reset ();
1707         /* clear cemented hash */
1708         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1709
1710         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1711
1712         remset.finish_minor_collection ();
1713
1714         check_scan_starts ();
1715
1716         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1717
1718         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1719
1720         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1721         needs_major = objects_pinned > 0;
1722         current_collection_generation = -1;
1723         objects_pinned = 0;
1724
1725         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1726
1727         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1728                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1729
1730         return needs_major;
1731 }
1732
1733 typedef enum {
1734         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1735         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1736         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1737 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1738
1739 static void
1740 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1741 {
1742         LOSObject *bigobj;
1743         TV_DECLARE (atv);
1744         TV_DECLARE (btv);
1745         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1746          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1747          */
1748         char *heap_start = NULL;
1749         char *heap_end = (char*)-1;
1750         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1751         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1752
1753         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1754
1755         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1756                 /*This cleans up unused fragments */
1757                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1758
1759                 if (do_concurrent_checks)
1760                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1761         } else {
1762                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1763                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1764         }
1765
1766         TV_GETTIME (atv);
1767
1768         /* Pinning depends on this */
1769         sgen_clear_nursery_fragments ();
1770
1771         if (whole_heap_check_before_collection)
1772                 sgen_check_whole_heap (TRUE);
1773
1774         TV_GETTIME (btv);
1775         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1776
1777         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1778                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1779         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1780          * and deal with pointers outside of the sections later.
1781          */
1782
1783         objects_pinned = 0;
1784
1785         sgen_client_pre_collection_checks ();
1786
1787         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1788                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1789                 remset.clear_cards ();
1790         }
1791
1792         sgen_process_fin_stage_entries ();
1793
1794         TV_GETTIME (atv);
1795         sgen_init_pinning ();
1796         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1797         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1798         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1799                 /* Pin cemented objects that were forced */
1800                 sgen_pin_cemented_objects ();
1801         }
1802         sgen_optimize_pin_queue ();
1803         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1804                 /*
1805                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1806                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1807                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1808                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1809                  */
1810                 sgen_cement_force_pinned ();
1811         }
1812
1813         sgen_client_collecting_major_1 ();
1814
1815         /*
1816          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1817          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1818          * objects are pinned.
1819          *
1820          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1821          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1822          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1823          *
1824          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1825          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1826          */
1827         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1828         /* first pass for the sections */
1829         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1830         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1831         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1832         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1833                 size_t dummy;
1834                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1835                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1836
1837                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1838                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1839                                 continue;
1840                         }
1841                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1842                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1843                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1844                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1845                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1846                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1847                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1848
1849                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1850                 }
1851         }
1852
1853         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1854         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1855                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1856
1857         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1858         if (old_next_pin_slot)
1859                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1860
1861         TV_GETTIME (btv);
1862         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1863         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1864         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1865
1866         major_collector.init_to_space ();
1867
1868         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1869         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1870                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1871                         /*
1872                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1873                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1874                          */
1875                         /* FIXME Implement parallel copying and get rid of this ineffective hack */
1876                         if (major_collector.is_parallel)
1877                                 sgen_workers_start_all_workers (&major_collector.major_ops_conc_par_start, NULL);
1878                         else
1879                                 sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1880
1881                         sgen_workers_join ();
1882                 }
1883         }
1884
1885 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1886         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1887 #endif
1888
1889         sgen_client_collecting_major_2 ();
1890
1891         TV_GETTIME (atv);
1892         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1893
1894         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1895
1896         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1897
1898         TV_GETTIME (btv);
1899         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1900
1901         /*
1902          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1903          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1904          * the roots.
1905          */
1906         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1907                 gray_queue_redirect (gc_thread_gray_queue);
1908                 if (precleaning_enabled) {
1909                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, workers_finish_callback);
1910                 } else {
1911                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1912                 }
1913         }
1914
1915         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1916                 ScanJob *sj;
1917
1918                 /* Mod union card table */
1919                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1920                 sj->ops = object_ops;
1921                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1922                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1923
1924                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1925                 sj->ops = object_ops;
1926                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1927                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1928
1929                 TV_GETTIME (atv);
1930                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1931         }
1932
1933         sgen_pin_stats_report ();
1934
1935         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1936                 sgen_finish_pinning ();
1937
1938                 sgen_pin_stats_reset ();
1939
1940                 if (do_concurrent_checks)
1941                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1942         }
1943 }
1944
1945 static void
1946 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1947 {
1948         SgenObjectOperations *object_ops;
1949
1950         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1951
1952         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1953
1954         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1955
1956         if (!concurrent)
1957                 sgen_cement_reset ();
1958
1959         if (concurrent) {
1960                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1961                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1962
1963                 if (major_collector.is_parallel)
1964                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_start;
1965                 else
1966                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1967
1968         } else {
1969                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1970         }
1971
1972         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1973
1974         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1975
1976         //count_ref_nonref_objs ();
1977         //consistency_check ();
1978
1979         check_scan_starts ();
1980
1981         degraded_mode = 0;
1982         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1983         gc_stats.major_gc_count ++;
1984
1985         if (major_collector.start_major_collection)
1986                 major_collector.start_major_collection ();
1987
1988         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);
1989 }
1990
1991 static void
1992 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1993 {
1994         ScannedObjectCounts counts;
1995         SgenObjectOperations *object_ops;
1996         mword fragment_total;
1997         TV_DECLARE (atv);
1998         TV_DECLARE (btv);
1999
2000         TV_GETTIME (btv);
2001
2002         if (concurrent_collection_in_progress) {
2003                 if (major_collector.is_parallel)
2004                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_finish;
2005                 else
2006                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
2007
2008                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
2009
2010 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
2011                 main_gc_thread = NULL;
2012 #endif
2013         } else {
2014                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
2015         }
2016
2017         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2018
2019         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
2020         TV_GETTIME (atv);
2021         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
2022
2023         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
2024
2025         if (objects_pinned) {
2026                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
2027
2028                 /*
2029                  * This is slow, but we just OOM'd.
2030                  *
2031                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
2032                  * queue is laid out at this point.
2033                  */
2034                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
2035                 /*
2036                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
2037                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
2038                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
2039                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
2040                  * somewhere.
2041                  */
2042                 sgen_optimize_pin_queue ();
2043                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
2044                 objects_pinned = 0;
2045         }
2046
2047         reset_heap_boundaries ();
2048         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
2049
2050         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
2051          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
2052          * next allocations.
2053          */
2054         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
2055         if (!fragment_total)
2056                 degraded_mode = 1;
2057         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
2058
2059         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
2060                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
2061
2062         /* prepare the pin queue for the next collection */
2063         sgen_finish_pinning ();
2064
2065         /* Clear TLABs for all threads */
2066         sgen_clear_tlabs ();
2067
2068         sgen_pin_stats_reset ();
2069
2070         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2071
2072         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2073                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2074
2075         TV_GETTIME (btv);
2076         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2077
2078         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2079         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2080
2081         TV_GETTIME (atv);
2082         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2083
2084         sgen_los_sweep ();
2085
2086         TV_GETTIME (btv);
2087         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2088
2089         major_collector.sweep ();
2090
2091         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2092
2093         TV_GETTIME (atv);
2094         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2095
2096         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2097
2098         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2099                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2100                 sgen_client_finalize_notify ();
2101         }
2102
2103         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2104         current_collection_generation = -1;
2105
2106         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2107         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2108
2109         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2110
2111         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2112         if (concurrent_collection_in_progress)
2113                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2114
2115         check_scan_starts ();
2116
2117         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2118
2119         //consistency_check ();
2120
2121         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2122 }
2123
2124 static gboolean
2125 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2126 {
2127         TV_DECLARE (time_start);
2128         TV_DECLARE (time_end);
2129         size_t old_next_pin_slot;
2130         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2131
2132         if (disable_major_collections)
2133                 return FALSE;
2134
2135         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2136                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2137                 g_assert (!num_marked);
2138         }
2139
2140         /* world must be stopped already */
2141         TV_GETTIME (time_start);
2142
2143         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2144         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2145         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2146         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2147
2148         TV_GETTIME (time_end);
2149         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2150
2151         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2152         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2153                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2154
2155         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2156 }
2157
2158 static void
2159 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2160 {
2161         TV_DECLARE (time_start);
2162         TV_DECLARE (time_end);
2163         long long num_objects_marked;
2164         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2165
2166         if (disable_major_collections)
2167                 return;
2168
2169         TV_GETTIME (time_start);
2170         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2171
2172         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2173         g_assert (num_objects_marked == 0);
2174
2175         binary_protocol_concurrent_start ();
2176
2177         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2178         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2179         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2180         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2181
2182         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2183
2184         TV_GETTIME (time_end);
2185         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2186
2187         current_collection_generation = -1;
2188 }
2189
2190 /*
2191  * Returns whether the major collection has finished.
2192  */
2193 static gboolean
2194 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2195 {
2196         return sgen_workers_all_done ();
2197 }
2198
2199 static void
2200 major_update_concurrent_collection (void)
2201 {
2202         TV_DECLARE (total_start);
2203         TV_DECLARE (total_end);
2204
2205         TV_GETTIME (total_start);
2206
2207         binary_protocol_concurrent_update ();
2208
2209         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2210         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2211
2212         TV_GETTIME (total_end);
2213         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2214 }
2215
2216 static void
2217 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2218 {
2219         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2220         TV_DECLARE (total_start);
2221         TV_DECLARE (total_end);
2222
2223         TV_GETTIME (total_start);
2224
2225         binary_protocol_concurrent_finish ();
2226
2227         /*
2228          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2229          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2230          * additional cardtable and object scanning.
2231          */
2232         sgen_workers_stop_all_workers ();
2233
2234         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2235         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2236
2237         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2238         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2239
2240         if (mod_union_consistency_check)
2241                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2242
2243         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2244         sgen_cement_reset ();
2245         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2246         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2247         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2248
2249         TV_GETTIME (total_end);
2250         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2251
2252         current_collection_generation = -1;
2253 }
2254
2255 /*
2256  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2257  *
2258  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2259  */
2260 void
2261 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2262 {
2263         int generation_to_collect = -1;
2264         const char *reason = NULL;
2265
2266         if (generation == GENERATION_OLD) {
2267                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2268                         reason = "LOS overflow";
2269                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2270                 }
2271         } else {
2272                 if (degraded_mode) {
2273                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2274                                 reason = "Degraded mode overflow";
2275                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2276                         }
2277                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2278                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2279                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2280                 } else {
2281                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2282                         reason = "Nursery full";                        
2283                 }
2284         }
2285
2286         if (generation_to_collect == -1) {
2287                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2288                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2289                         reason = "Finish concurrent collection";
2290                 }
2291         }
2292
2293         if (generation_to_collect == -1)
2294                 return;
2295         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2296 }
2297
2298 /*
2299  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2300  */
2301 void
2302 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2303 {
2304         TV_DECLARE (gc_total_start);
2305         TV_DECLARE (gc_total_end);
2306         int overflow_generation_to_collect = -1;
2307         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2308         const char *overflow_reason = NULL;
2309         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2310
2311         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2312
2313         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2314
2315         if (stw)
2316                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2317         else
2318                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2319                 
2320
2321         TV_GETTIME (gc_total_start);
2322
2323         // FIXME: extract overflow reason
2324         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2325         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2326                 if (concurrent_collection_in_progress)
2327                         major_update_concurrent_collection ();
2328
2329                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL) && !concurrent_collection_in_progress) {
2330                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2331                         overflow_reason = "Minor overflow";
2332                 }
2333         } else if (finish_concurrent) {
2334                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2335                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2336         } else {
2337                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2338                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2339                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL);
2340                         major_start_concurrent_collection (reason);
2341                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2342                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2343                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2344                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2345                 }
2346         }
2347
2348         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2349                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2350
2351                 /*
2352                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2353                  * or the nursery is fully pinned.
2354                  */
2355
2356                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2357                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL);
2358                 else
2359                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2360
2361                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2362         }
2363
2364         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2365
2366         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2367         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2368                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2369                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2370                 sgen_dump_pin_queue ();
2371                 degraded_mode = 1;
2372         }
2373
2374         TV_GETTIME (gc_total_end);
2375         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2376
2377         if (stw)
2378                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2379 }
2380
2381 /*
2382  * ######################################################################
2383  * ########  Memory allocation from the OS
2384  * ######################################################################
2385  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2386  * allocating memory for GC-internal data structures.
2387  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2388  */
2389
2390 /*
2391  * Debug reporting.
2392  */
2393 G_GNUC_UNUSED static void
2394 report_internal_mem_usage (void)
2395 {
2396         printf ("Internal memory usage:\n");
2397         sgen_report_internal_mem_usage ();
2398         printf ("Pinned memory usage:\n");
2399         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2400 }
2401
2402 /*
2403  * ######################################################################
2404  * ########  Finalization support
2405  * ######################################################################
2406  */
2407
2408 /*
2409  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2410  * If it is pinned it's still alive as well.
2411  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2412  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2413  */
2414 static inline gboolean
2415 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2416 {
2417         if (ptr_in_nursery (object))
2418                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2419
2420         return sgen_major_is_object_alive (object);
2421 }
2422
2423 /*
2424  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2425  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2426  * are never alive during a minor collection.
2427  */
2428 static inline int
2429 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2430 {
2431         if (ptr_in_nursery (object))
2432                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2433
2434         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2435                 return FALSE;
2436
2437         return sgen_major_is_object_alive (object);
2438 }
2439
2440
2441 gboolean
2442 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2443 {
2444         return !sgen_is_object_alive (object);
2445 }
2446
2447 void
2448 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2449 {
2450         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2451
2452         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2453
2454         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2455 }
2456
2457 gboolean
2458 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2459 {
2460         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2461 }
2462
2463 /*
2464  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2465  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2466  * all finalizers have really finished running.
2467  *
2468  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2469  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2470  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2471  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2472  */
2473
2474 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2475 volatile gboolean sgen_suspend_finalizers = FALSE;
2476
2477 void
2478 sgen_set_suspend_finalizers (void)
2479 {
2480         sgen_suspend_finalizers = TRUE;
2481 }
2482
2483 int
2484 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2485 {
2486         int count = 0;
2487
2488         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2489
2490         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2491         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2492                 GCObject *obj;
2493
2494                 LOCK_GC;
2495
2496                 /*
2497                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2498                  * finalizable object.
2499                  */
2500                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2501                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2502                         mono_memory_write_barrier ();
2503                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2504                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2505                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2506                         mono_memory_write_barrier ();
2507                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2508                 } else {
2509                         obj = NULL;
2510                 }
2511
2512                 if (obj)
2513                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2514
2515                 UNLOCK_GC;
2516
2517                 if (!obj)
2518                         break;
2519
2520                 count++;
2521                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2522                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2523                 sgen_client_run_finalize (obj);
2524         }
2525
2526         if (pending_unqueued_finalizer) {
2527                 mono_memory_write_barrier ();
2528                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2529         }
2530
2531         return count;
2532 }
2533
2534 gboolean
2535 sgen_have_pending_finalizers (void)
2536 {
2537         if (sgen_suspend_finalizers)
2538                 return FALSE;
2539         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2540 }
2541
2542 /*
2543  * ######################################################################
2544  * ########  registered roots support
2545  * ######################################################################
2546  */
2547
2548 /*
2549  * We do not coalesce roots.
2550  */
2551 int
2552 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2553 {
2554         RootRecord new_root;
2555         int i;
2556         LOCK_GC;
2557         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2558                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2559                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2560                 if (root) {
2561                         size_t old_size = root->end_root - start;
2562                         root->end_root = start + size;
2563                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2564                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2565                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2566                         root->root_desc = descr;
2567                         roots_size += size;
2568                         roots_size -= old_size;
2569                         UNLOCK_GC;
2570                         return TRUE;
2571                 }
2572         }
2573
2574         new_root.end_root = start + size;
2575         new_root.root_desc = descr;
2576         new_root.source = source;
2577         new_root.msg = msg;
2578
2579         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2580         roots_size += size;
2581
2582         SGEN_LOG (3, "Added root for range: %p-%p, descr: %llx  (%d/%d bytes)", start, new_root.end_root, (long long)descr, (int)size, (int)roots_size);
2583
2584         UNLOCK_GC;
2585         return TRUE;
2586 }
2587
2588 void
2589 sgen_deregister_root (char* addr)
2590 {
2591         int root_type;
2592         RootRecord root;
2593
2594         LOCK_GC;
2595         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2596                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2597                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2598         }
2599         UNLOCK_GC;
2600 }
2601
2602 /*
2603  * ######################################################################
2604  * ########  Thread handling (stop/start code)
2605  * ######################################################################
2606  */
2607
2608 int
2609 sgen_get_current_collection_generation (void)
2610 {
2611         return current_collection_generation;
2612 }
2613
2614 void*
2615 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2616 {
2617         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2618
2619         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2620
2621         return info;
2622 }
2623
2624 void
2625 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2626 {
2627         sgen_client_thread_unregister (p);
2628 }
2629
2630 /*
2631  * ######################################################################
2632  * ########  Write barriers
2633  * ######################################################################
2634  */
2635
2636 /*
2637  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2638  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2639  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2640  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2641  */
2642
2643 void
2644 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2645 {
2646         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2647         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2648         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2649                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2650                 return;
2651         }
2652
2653 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2654         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2655                 int i;
2656                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2657                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2658                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2659                         if (obj)
2660                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2661                 }
2662         }
2663 #endif
2664
2665         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2666 }
2667
2668 void
2669 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2670 {
2671         gpointer obj;
2672
2673         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2674
2675         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2676
2677         obj = *(gpointer*)ptr;
2678         if (obj)
2679                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2680
2681         /*
2682          * We need to record old->old pointer locations for the
2683          * concurrent collector.
2684          */
2685         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2686                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2687                 return;
2688         }
2689
2690         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2691
2692         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2693 }
2694
2695 void
2696 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2697 {
2698         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2699         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2700         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2701                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2702         sgen_dummy_use (value);
2703 }
2704
2705 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2706  * as an atomic operation with release semantics.
2707  */
2708 void
2709 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2710 {
2711         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2712
2713         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2714
2715         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2716
2717         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2718                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2719
2720         sgen_dummy_use (value);
2721 }
2722
2723 void
2724 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2725 {
2726         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2727         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2728
2729         while (size) {
2730                 if (bitmap & 0x1)
2731                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2732                 else
2733                         *dest = *src;
2734                 ++src;
2735                 ++dest;
2736                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2737                 bitmap >>= 1;
2738         }
2739 }
2740
2741 /*
2742  * ######################################################################
2743  * ########  Other mono public interface functions.
2744  * ######################################################################
2745  */
2746
2747 void
2748 sgen_gc_collect (int generation)
2749 {
2750         LOCK_GC;
2751         if (generation > 1)
2752                 generation = 1;
2753         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2754         UNLOCK_GC;
2755 }
2756
2757 int
2758 sgen_gc_collection_count (int generation)
2759 {
2760         if (generation == 0)
2761                 return gc_stats.minor_gc_count;
2762         return gc_stats.major_gc_count;
2763 }
2764
2765 size_t
2766 sgen_gc_get_used_size (void)
2767 {
2768         gint64 tot = 0;
2769         LOCK_GC;
2770         tot = los_memory_usage;
2771         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2772         tot += major_collector.get_used_size ();
2773         /* FIXME: account for pinned objects */
2774         UNLOCK_GC;
2775         return tot;
2776 }
2777
2778 void
2779 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2780 {
2781         va_list ap;
2782
2783         va_start (ap, description_format);
2784
2785         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2786         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2787         if (fallback)
2788                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2789         fprintf (stderr, "\n");
2790
2791         va_end (ap);
2792 }
2793
2794 static gboolean
2795 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2796 {
2797         char *endptr;
2798         double val = strtod (opt, &endptr);
2799         if (endptr == opt) {
2800                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2801                 return FALSE;
2802         }
2803         else if (val < min || val > max) {
2804                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2805                 return FALSE;
2806         }
2807         *result = val;
2808         return TRUE;
2809 }
2810
2811 void
2812 sgen_gc_init (void)
2813 {
2814         const char *env;
2815         char **opts, **ptr;
2816         char *major_collector_opt = NULL;
2817         char *minor_collector_opt = NULL;
2818         char *params_opts = NULL;
2819         char *debug_opts = NULL;
2820         size_t max_heap = 0;
2821         size_t soft_limit = 0;
2822         int result;
2823         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2824         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2825         gboolean cement_enabled = TRUE;
2826
2827         do {
2828                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2829                 switch (result) {
2830                 case 1:
2831                         /* already inited */
2832                         return;
2833                 case -1:
2834                         /* being inited by another thread */
2835                         mono_thread_info_usleep (1000);
2836                         break;
2837                 case 0:
2838                         /* we will init it */
2839                         break;
2840                 default:
2841                         g_assert_not_reached ();
2842                 }
2843         } while (result != 0);
2844
2845         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2846
2847 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2848         mono_thread_smr_init ();
2849 #endif
2850
2851         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2852
2853         gc_debug_file = stderr;
2854
2855         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2856
2857         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME)) || gc_params_options) {
2858                 params_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_params_options ? gc_params_options : "", env ? env : "");
2859         }
2860
2861         if (params_opts) {
2862                 opts = g_strsplit (params_opts, ",", -1);
2863                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2864                         char *opt = *ptr;
2865                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2866                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2867                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2868                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2869                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2870                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2871                         }
2872                 }
2873         } else {
2874                 opts = NULL;
2875         }
2876
2877         init_stats ();
2878         sgen_init_internal_allocator ();
2879         sgen_init_nursery_allocator ();
2880         sgen_init_fin_weak_hash ();
2881         sgen_init_hash_table ();
2882         sgen_init_descriptors ();
2883         sgen_init_gray_queues ();
2884         sgen_init_allocator ();
2885         sgen_init_gchandles ();
2886
2887         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2888         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2889
2890         sgen_client_init ();
2891
2892         if (!minor_collector_opt) {
2893                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2894         } else {
2895                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2896                 use_simple_nursery:
2897                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2898                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2899                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2900                 } else {
2901                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2902                         goto use_simple_nursery;
2903                 }
2904         }
2905
2906         if (!major_collector_opt) {
2907         use_default_major:
2908                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2909         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2910                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2911         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2912                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2913         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc-par")) {
2914                 sgen_marksweep_conc_par_init (&major_collector);
2915         } else {
2916                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2917                 goto use_default_major;
2918         }
2919
2920         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2921
2922         if (opts) {
2923                 gboolean usage_printed = FALSE;
2924
2925                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2926                         char *opt = *ptr;
2927                         if (!strcmp (opt, ""))
2928                                 continue;
2929                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2930                                 continue;
2931                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2932                                 continue;
2933                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2934                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2935                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2936                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2937                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2938                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2939                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2940                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2941                                 } else {
2942                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2943                                 }
2944                                 continue;
2945                         }
2946                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2947                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2948                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2949                                         if (soft_limit <= 0) {
2950                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2951                                                 soft_limit = 0;
2952                                         }
2953                                 } else {
2954                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2955                                 }
2956                                 continue;
2957                         }
2958
2959 #ifdef USER_CONFIG
2960                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2961                                 size_t val;
2962                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2963                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2964                                         if ((val & (val - 1))) {
2965                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2966                                                 continue;
2967                                         }
2968
2969                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2970                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2971                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2972                                                 continue;
2973                                         }
2974
2975                                         sgen_nursery_size = val;
2976                                         sgen_nursery_bits = 0;
2977                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2978                                                 ;
2979                                 } else {
2980                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2981                                         continue;
2982                                 }
2983                                 continue;
2984                         }
2985 #endif
2986                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2987                                 double val;
2988                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2989                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2990                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2991                                         save_target = val;
2992                                 }
2993                                 continue;
2994                         }
2995                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2996                                 double val;
2997                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2998                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
2999                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
3000                                         allowance_ratio = val;
3001                                 }
3002                                 continue;
3003                         }
3004
3005                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
3006                                 cement_enabled = TRUE;
3007                                 continue;
3008                         }
3009                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
3010                                 cement_enabled = FALSE;
3011                                 continue;
3012                         }
3013
3014                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
3015                                 precleaning_enabled = TRUE;
3016                                 continue;
3017                         }
3018                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
3019                                 precleaning_enabled = FALSE;
3020                                 continue;
3021                         }
3022
3023                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
3024                                 continue;
3025
3026                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
3027                                 continue;
3028
3029                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
3030                                 continue;
3031
3032                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3033
3034                         if (usage_printed)
3035                                 continue;
3036
3037                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
3038                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3039                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3040                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3041                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
3042                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
3043                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
3044                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
3045                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
3046                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
3047                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
3048                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
3049                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
3050                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
3051                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
3052                         fprintf (stderr, "  default-allowance-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO);
3053                         fprintf (stderr, "\n");
3054
3055                         usage_printed = TRUE;
3056                 }
3057                 g_strfreev (opts);
3058         }
3059
3060         if (major_collector_opt)
3061                 g_free (major_collector_opt);
3062
3063         if (minor_collector_opt)
3064                 g_free (minor_collector_opt);
3065
3066         if (params_opts)
3067                 g_free (params_opts);
3068
3069         alloc_nursery ();
3070
3071         sgen_pinning_init ();
3072         sgen_cement_init (cement_enabled);
3073
3074         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME)) || gc_debug_options) {
3075                 debug_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_debug_options ? gc_debug_options  : "", env ? env : "");
3076         }
3077
3078         if (debug_opts) {
3079                 gboolean usage_printed = FALSE;
3080
3081                 opts = g_strsplit (debug_opts, ",", -1);
3082                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
3083                         char *opt = *ptr;
3084                         if (!strcmp (opt, ""))
3085                                 continue;
3086                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3087                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3088                                 opt++;
3089                                 if (opt [0] == ':')
3090                                         opt++;
3091                                 if (opt [0]) {
3092                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3093                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3094                                         if (!gc_debug_file)
3095                                                 gc_debug_file = stderr;
3096                                         g_free (rf);
3097                                 }
3098                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3099                                 debug_print_allowance = TRUE;
3100                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3101                                 sgen_pin_stats_enable ();
3102                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3103                                 verify_before_allocs = 1;
3104                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3105                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3106                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3107                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3108                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3109                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3110                                 collect_before_allocs = 1;
3111                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3112                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3113                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3114                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3115                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3116                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3117                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3118                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3119                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3120                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3121                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3122                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3123                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3124                                         continue;
3125                                 }
3126                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3127                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3128                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3129                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3130                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3131                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3132                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3133                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3134                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3135                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3136                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3137                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3138                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3139                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3140                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3141                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3142                                 do_verify_nursery = TRUE;
3143                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3144                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3145                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3146                                         continue;
3147                                 }
3148                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3149                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3150                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3151                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3152                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3153                                 disable_minor_collections = TRUE;
3154                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3155                                 disable_major_collections = TRUE;
3156                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3157                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3158                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3159                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3160                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3161                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3162                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3163                                 size_t limit = 0;
3164                                 if (colon) {
3165                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3166                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3167                                                 limit = -1;
3168                                         }
3169                                         *colon = '\0';
3170                                 }
3171                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3172                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3173                                 do_verify_nursery = TRUE;
3174                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3175                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3176                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3177
3178                                 if (usage_printed)
3179                                         continue;
3180
3181                                 fprintf (stderr, "\n%s must be of the format [<l>[:<filename>]|<option>]+ where <l> is a debug level 0-9.\n", MONO_GC_DEBUG_NAME);
3182                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3183                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3184                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3185                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3186                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3187                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3188                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3189                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3190                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3191                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3192                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3193                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3194                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3195                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3196                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3197                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3198                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3199                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3200                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3201                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3202                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3203                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3204                                 fprintf (stderr, "\n");
3205
3206                                 usage_printed = TRUE;
3207                         }
3208                 }
3209                 g_strfreev (opts);
3210         }
3211
3212         if (debug_opts)
3213                 g_free (debug_opts);
3214
3215         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3216                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3217
3218         if (major_collector.post_param_init)
3219                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3220
3221         if (major_collector.needs_thread_pool) {
3222                 int num_workers = 1;
3223                 if (major_collector.is_parallel) {
3224                         /* FIXME Detect the number of physical cores, instead of logical */
3225                         num_workers = mono_cpu_count () / 2;
3226                         if (num_workers < 1)
3227                                 num_workers = 1;
3228                 }
3229                 sgen_workers_init (num_workers, (SgenWorkerCallback) major_collector.worker_init_cb);
3230         }
3231
3232         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3233
3234         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3235
3236         sgen_card_table_init (&remset);
3237
3238         sgen_register_root (NULL, 0, sgen_make_user_root_descriptor (sgen_mark_normal_gc_handles), ROOT_TYPE_NORMAL, MONO_ROOT_SOURCE_GC_HANDLE, "normal gc handles");
3239
3240         gc_initialized = 1;
3241
3242         sgen_init_bridge ();
3243 }
3244
3245 gboolean
3246 sgen_gc_initialized ()
3247 {
3248         return gc_initialized > 0;
3249 }
3250
3251 NurseryClearPolicy
3252 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3253 {
3254         return nursery_clear_policy;
3255 }
3256
3257 void
3258 sgen_gc_lock (void)
3259 {
3260         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3261 }
3262
3263 void
3264 sgen_gc_unlock (void)
3265 {
3266         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3267 }
3268
3269 void
3270 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3271 {
3272         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3273 }
3274
3275 void
3276 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3277 {
3278         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3279 }
3280
3281 SgenMajorCollector*
3282 sgen_get_major_collector (void)
3283 {
3284         return &major_collector;
3285 }
3286
3287 SgenRememberedSet*
3288 sgen_get_remset (void)
3289 {
3290         return &remset;
3291 }
3292
3293 static void
3294 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3295 {
3296         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3297         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3298 }
3299
3300 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3301
3302 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3303 void
3304 sgen_stop_world (int generation)
3305 {
3306         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3307
3308         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3309
3310         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3311
3312         sgen_client_stop_world (generation);
3313
3314         world_is_stopped = TRUE;
3315
3316         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3317                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3318         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3319 }
3320
3321 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3322 void
3323 sgen_restart_world (int generation)
3324 {
3325         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3326         gint64 stw_time;
3327
3328         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3329
3330         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3331                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3332         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3333
3334         world_is_stopped = FALSE;
3335
3336         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3337
3338         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3339
3340         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3341                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3342
3343         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3344 }
3345
3346 gboolean
3347 sgen_is_world_stopped (void)
3348 {
3349         return world_is_stopped;
3350 }
3351
3352 void
3353 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3354 {
3355         sgen_stop_world (0);
3356         sgen_clear_nursery_fragments ();
3357         sgen_check_whole_heap (TRUE);
3358         sgen_restart_world (0);
3359 }
3360
3361 gint64
3362 sgen_timestamp (void)
3363 {
3364         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3365         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3366         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3367 }
3368
3369 #endif /* HAVE_SGEN_GC */