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