[sgen] Add free lists for each workers
[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, 0, 1);
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         ParallelScanJob *job_data = (ParallelScanJob*)job;
1426         ScanCopyContext ctx = scan_copy_context_for_scan_job (worker_data_untyped, (ScanJob*)job_data);
1427
1428         g_assert (concurrent_collection_in_progress);
1429
1430         sgen_los_scan_card_table (CARDTABLE_SCAN_MOD_UNION_PRECLEAN, ctx, job_data->job_index, sgen_workers_get_job_split_count ());
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         ParallelScanJob *psj;
1448         ScanJob *sj;
1449         int split_count = sgen_workers_get_job_split_count ();
1450         int i;
1451         /* Mod union preclean jobs */
1452         for (i = 0; i < split_count; i++) {
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         for (i = 0; i < split_count; i++) {
1461                 psj = (ParallelScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("preclean los mod union cardtable", job_los_mod_union_preclean, sizeof (ParallelScanJob));
1462                 psj->scan_job.ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1463                 psj->scan_job.gc_thread_gray_queue = NULL;
1464                 psj->job_index = i;
1465                 sgen_workers_enqueue_job (&psj->scan_job.job, TRUE);
1466         }
1467
1468         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan last pinned", job_scan_last_pinned, sizeof (ScanJob));
1469         sj->ops = sgen_workers_get_idle_func_object_ops ();
1470         sj->gc_thread_gray_queue = NULL;
1471         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, TRUE);
1472 }
1473
1474 static void
1475 init_gray_queue (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, gboolean use_workers)
1476 {
1477         if (use_workers)
1478                 sgen_workers_init_distribute_gray_queue ();
1479         sgen_gray_object_queue_init (gc_thread_gray_queue, NULL, TRUE);
1480 }
1481
1482 static void
1483 enqueue_scan_from_roots_jobs (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, char *heap_start, char *heap_end, SgenObjectOperations *ops, gboolean enqueue)
1484 {
1485         ScanFromRegisteredRootsJob *scrrj;
1486         ScanThreadDataJob *stdj;
1487         ScanFinalizerEntriesJob *sfej;
1488
1489         /* registered roots, this includes static fields */
1490
1491         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots normal", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1492         scrrj->scan_job.ops = ops;
1493         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1494         scrrj->heap_start = heap_start;
1495         scrrj->heap_end = heap_end;
1496         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_NORMAL;
1497         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1498
1499         scrrj = (ScanFromRegisteredRootsJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan from registered roots wbarrier", job_scan_from_registered_roots, sizeof (ScanFromRegisteredRootsJob));
1500         scrrj->scan_job.ops = ops;
1501         scrrj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1502         scrrj->heap_start = heap_start;
1503         scrrj->heap_end = heap_end;
1504         scrrj->root_type = ROOT_TYPE_WBARRIER;
1505         sgen_workers_enqueue_job (&scrrj->scan_job.job, enqueue);
1506
1507         /* Threads */
1508
1509         stdj = (ScanThreadDataJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan thread data", job_scan_thread_data, sizeof (ScanThreadDataJob));
1510         stdj->scan_job.ops = ops;
1511         stdj->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1512         stdj->heap_start = heap_start;
1513         stdj->heap_end = heap_end;
1514         sgen_workers_enqueue_job (&stdj->scan_job.job, enqueue);
1515
1516         /* Scan the list of objects ready for finalization. */
1517
1518         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1519         sfej->scan_job.ops = ops;
1520         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1521         sfej->queue = &fin_ready_queue;
1522         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1523
1524         sfej = (ScanFinalizerEntriesJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan critical finalizer entries", job_scan_finalizer_entries, sizeof (ScanFinalizerEntriesJob));
1525         sfej->scan_job.ops = ops;
1526         sfej->scan_job.gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1527         sfej->queue = &critical_fin_queue;
1528         sgen_workers_enqueue_job (&sfej->scan_job.job, enqueue);
1529 }
1530
1531 /*
1532  * Perform a nursery collection.
1533  *
1534  * Return whether any objects were late-pinned due to being out of memory.
1535  */
1536 static gboolean
1537 collect_nursery (const char *reason, gboolean is_overflow, SgenGrayQueue *unpin_queue)
1538 {
1539         gboolean needs_major;
1540         size_t max_garbage_amount;
1541         char *nursery_next;
1542         mword fragment_total;
1543         ScanJob *sj;
1544         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
1545         SgenObjectOperations *object_ops;
1546         ScanCopyContext ctx;
1547         TV_DECLARE (atv);
1548         TV_DECLARE (btv);
1549         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_start_tv);
1550         SGEN_TV_DECLARE (last_minor_collection_end_tv);
1551
1552         if (disable_minor_collections)
1553                 return TRUE;
1554
1555         TV_GETTIME (last_minor_collection_start_tv);
1556         atv = last_minor_collection_start_tv;
1557
1558         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.minor_gc_count, GENERATION_NURSERY);
1559
1560         if (sgen_concurrent_collection_in_progress ())
1561                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops_with_concurrent_major;
1562         else
1563                 object_ops = &sgen_minor_collector.serial_ops;
1564
1565         if (do_verify_nursery || do_dump_nursery_content)
1566                 sgen_debug_verify_nursery (do_dump_nursery_content);
1567
1568         current_collection_generation = GENERATION_NURSERY;
1569
1570         SGEN_ASSERT (0, !sgen_collection_is_concurrent (), "Why is the nursery collection concurrent?");
1571
1572         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1573
1574         check_scan_starts ();
1575
1576         sgen_nursery_alloc_prepare_for_minor ();
1577
1578         degraded_mode = 0;
1579         objects_pinned = 0;
1580         nursery_next = sgen_nursery_alloc_get_upper_alloc_bound ();
1581         /* FIXME: optimize later to use the higher address where an object can be present */
1582         nursery_next = MAX (nursery_next, sgen_get_nursery_end ());
1583
1584         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 ()));
1585         max_garbage_amount = nursery_next - sgen_get_nursery_start ();
1586         g_assert (nursery_section->size >= max_garbage_amount);
1587
1588         /* world must be stopped already */
1589         TV_GETTIME (btv);
1590         time_minor_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1591
1592         sgen_client_pre_collection_checks ();
1593
1594         nursery_section->next_data = nursery_next;
1595
1596         major_collector.start_nursery_collection ();
1597
1598         sgen_memgov_minor_collection_start ();
1599
1600         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
1601         ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, &gc_thread_gray_queue);
1602
1603         gc_stats.minor_gc_count ++;
1604
1605         sgen_process_fin_stage_entries ();
1606
1607         /* pin from pinned handles */
1608         sgen_init_pinning ();
1609         sgen_client_binary_protocol_mark_start (GENERATION_NURSERY);
1610         pin_from_roots (sgen_get_nursery_start (), nursery_next, ctx);
1611         /* pin cemented objects */
1612         sgen_pin_cemented_objects ();
1613         /* identify pinned objects */
1614         sgen_optimize_pin_queue ();
1615         sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1616
1617         pin_objects_in_nursery (FALSE, ctx);
1618         sgen_pinning_trim_queue_to_section (nursery_section);
1619
1620         if (remset_consistency_checks)
1621                 sgen_check_remset_consistency ();
1622
1623         if (whole_heap_check_before_collection) {
1624                 sgen_clear_nursery_fragments ();
1625                 sgen_check_whole_heap (FALSE);
1626         }
1627
1628         TV_GETTIME (atv);
1629         time_minor_pinning += TV_ELAPSED (btv, atv);
1630         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (btv, atv));
1631         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1632
1633         sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan remset", job_remembered_set_scan, sizeof (ScanJob));
1634         sj->ops = object_ops;
1635         sj->gc_thread_gray_queue = &gc_thread_gray_queue;
1636         sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1637
1638         /* we don't have complete write barrier yet, so we scan all the old generation sections */
1639         TV_GETTIME (btv);
1640         time_minor_scan_remsets += TV_ELAPSED (atv, btv);
1641         SGEN_LOG (2, "Old generation scan: %lld usecs", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1642
1643         sgen_pin_stats_report ();
1644
1645         /* FIXME: Why do we do this at this specific, seemingly random, point? */
1646         sgen_client_collecting_minor (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1647
1648         TV_GETTIME (atv);
1649         time_minor_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1650
1651         enqueue_scan_from_roots_jobs (&gc_thread_gray_queue, sgen_get_nursery_start (), nursery_next, object_ops, FALSE);
1652
1653         TV_GETTIME (btv);
1654         time_minor_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1655
1656         finish_gray_stack (GENERATION_NURSERY, ctx);
1657
1658         TV_GETTIME (atv);
1659         time_minor_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
1660         sgen_client_binary_protocol_mark_end (GENERATION_NURSERY);
1661
1662         if (objects_pinned) {
1663                 sgen_optimize_pin_queue ();
1664                 sgen_pinning_setup_section (nursery_section);
1665         }
1666
1667         /*
1668          * This is the latest point at which we can do this check, because
1669          * sgen_build_nursery_fragments() unpins nursery objects again.
1670          */
1671         if (remset_consistency_checks)
1672                 sgen_check_remset_consistency ();
1673
1674         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
1675          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
1676          * next allocations.
1677          */
1678         sgen_client_binary_protocol_reclaim_start (GENERATION_NURSERY);
1679         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, unpin_queue);
1680         if (!fragment_total)
1681                 degraded_mode = 1;
1682
1683         /* Clear TLABs for all threads */
1684         sgen_clear_tlabs ();
1685
1686         sgen_client_binary_protocol_reclaim_end (GENERATION_NURSERY);
1687         TV_GETTIME (btv);
1688         time_minor_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
1689         SGEN_LOG (2, "Fragment creation: %lld usecs, %lu bytes available", (long long)TV_ELAPSED (atv, btv), (unsigned long)fragment_total);
1690
1691         if (remset_consistency_checks)
1692                 sgen_check_major_refs ();
1693
1694         major_collector.finish_nursery_collection ();
1695
1696         TV_GETTIME (last_minor_collection_end_tv);
1697         gc_stats.minor_gc_time += TV_ELAPSED (last_minor_collection_start_tv, last_minor_collection_end_tv);
1698
1699         sgen_debug_dump_heap ("minor", gc_stats.minor_gc_count - 1, NULL);
1700
1701         /* prepare the pin queue for the next collection */
1702         sgen_finish_pinning ();
1703         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
1704                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
1705                 sgen_client_finalize_notify ();
1706         }
1707         sgen_pin_stats_reset ();
1708         /* clear cemented hash */
1709         sgen_cement_clear_below_threshold ();
1710
1711         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
1712
1713         remset.finish_minor_collection ();
1714
1715         check_scan_starts ();
1716
1717         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
1718
1719         sgen_memgov_minor_collection_end (reason, is_overflow);
1720
1721         /*objects are late pinned because of lack of memory, so a major is a good call*/
1722         needs_major = objects_pinned > 0;
1723         current_collection_generation = -1;
1724         objects_pinned = 0;
1725
1726         binary_protocol_collection_end (gc_stats.minor_gc_count - 1, GENERATION_NURSERY, 0, 0);
1727
1728         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1729                 sgen_check_nursery_objects_pinned (unpin_queue != NULL);
1730
1731         return needs_major;
1732 }
1733
1734 typedef enum {
1735         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL,
1736         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT,
1737         COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT
1738 } CopyOrMarkFromRootsMode;
1739
1740 static void
1741 major_copy_or_mark_from_roots (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, size_t *old_next_pin_slot, CopyOrMarkFromRootsMode mode, SgenObjectOperations *object_ops)
1742 {
1743         LOSObject *bigobj;
1744         TV_DECLARE (atv);
1745         TV_DECLARE (btv);
1746         /* FIXME: only use these values for the precise scan
1747          * note that to_space pointers should be excluded anyway...
1748          */
1749         char *heap_start = NULL;
1750         char *heap_end = (char*)-1;
1751         ScanCopyContext ctx = CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue);
1752         gboolean concurrent = mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_SERIAL;
1753
1754         SGEN_ASSERT (0, !!concurrent == !!concurrent_collection_in_progress, "We've been called with the wrong mode.");
1755
1756         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1757                 /*This cleans up unused fragments */
1758                 sgen_nursery_allocator_prepare_for_pinning ();
1759
1760                 if (do_concurrent_checks)
1761                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1762         } else {
1763                 /* The concurrent collector doesn't touch the nursery. */
1764                 sgen_nursery_alloc_prepare_for_major ();
1765         }
1766
1767         TV_GETTIME (atv);
1768
1769         /* Pinning depends on this */
1770         sgen_clear_nursery_fragments ();
1771
1772         if (whole_heap_check_before_collection)
1773                 sgen_check_whole_heap (TRUE);
1774
1775         TV_GETTIME (btv);
1776         time_major_pre_collection_fragment_clear += TV_ELAPSED (atv, btv);
1777
1778         if (!sgen_collection_is_concurrent ())
1779                 nursery_section->next_data = sgen_get_nursery_end ();
1780         /* we should also coalesce scanning from sections close to each other
1781          * and deal with pointers outside of the sections later.
1782          */
1783
1784         objects_pinned = 0;
1785
1786         sgen_client_pre_collection_checks ();
1787
1788         if (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1789                 /* Remsets are not useful for a major collection */
1790                 remset.clear_cards ();
1791         }
1792
1793         sgen_process_fin_stage_entries ();
1794
1795         TV_GETTIME (atv);
1796         sgen_init_pinning ();
1797         SGEN_LOG (6, "Collecting pinned addresses");
1798         pin_from_roots ((void*)lowest_heap_address, (void*)highest_heap_address, ctx);
1799         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1800                 /* Pin cemented objects that were forced */
1801                 sgen_pin_cemented_objects ();
1802         }
1803         sgen_optimize_pin_queue ();
1804         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1805                 /*
1806                  * Cemented objects that are in the pinned list will be marked. When
1807                  * marking concurrently we won't mark mod-union cards for these objects.
1808                  * Instead they will remain cemented until the next major collection,
1809                  * when we will recheck if they are still pinned in the roots.
1810                  */
1811                 sgen_cement_force_pinned ();
1812         }
1813
1814         sgen_client_collecting_major_1 ();
1815
1816         /*
1817          * pin_queue now contains all candidate pointers, sorted and
1818          * uniqued.  We must do two passes now to figure out which
1819          * objects are pinned.
1820          *
1821          * The first is to find within the pin_queue the area for each
1822          * section.  This requires that the pin_queue be sorted.  We
1823          * also process the LOS objects and pinned chunks here.
1824          *
1825          * The second, destructive, pass is to reduce the section
1826          * areas to pointers to the actually pinned objects.
1827          */
1828         SGEN_LOG (6, "Pinning from sections");
1829         /* first pass for the sections */
1830         sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
1831         /* identify possible pointers to the insize of large objects */
1832         SGEN_LOG (6, "Pinning from large objects");
1833         for (bigobj = los_object_list; bigobj; bigobj = bigobj->next) {
1834                 size_t dummy;
1835                 if (sgen_find_optimized_pin_queue_area ((char*)bigobj->data, (char*)bigobj->data + sgen_los_object_size (bigobj), &dummy, &dummy)) {
1836                         binary_protocol_pin (bigobj->data, (gpointer)LOAD_VTABLE (bigobj->data), safe_object_get_size (bigobj->data));
1837
1838                         if (sgen_los_object_is_pinned (bigobj->data)) {
1839                                 SGEN_ASSERT (0, mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, "LOS objects can only be pinned here after concurrent marking.");
1840                                 continue;
1841                         }
1842                         sgen_los_pin_object (bigobj->data);
1843                         if (SGEN_OBJECT_HAS_REFERENCES (bigobj->data))
1844                                 GRAY_OBJECT_ENQUEUE (gc_thread_gray_queue, bigobj->data, sgen_obj_get_descriptor ((GCObject*)bigobj->data));
1845                         sgen_pin_stats_register_object (bigobj->data, GENERATION_OLD);
1846                         SGEN_LOG (6, "Marked large object %p (%s) size: %lu from roots", bigobj->data,
1847                                         sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (bigobj->data)),
1848                                         (unsigned long)sgen_los_object_size (bigobj));
1849
1850                         sgen_client_pinned_los_object (bigobj->data);
1851                 }
1852         }
1853
1854         pin_objects_in_nursery (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT, ctx);
1855         if (check_nursery_objects_pinned && !sgen_minor_collector.is_split)
1856                 sgen_check_nursery_objects_pinned (mode != COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT);
1857
1858         major_collector.pin_objects (gc_thread_gray_queue);
1859         if (old_next_pin_slot)
1860                 *old_next_pin_slot = sgen_get_pinned_count ();
1861
1862         TV_GETTIME (btv);
1863         time_major_pinning += TV_ELAPSED (atv, btv);
1864         SGEN_LOG (2, "Finding pinned pointers: %zd in %lld usecs", sgen_get_pinned_count (), (long long)TV_ELAPSED (atv, btv));
1865         SGEN_LOG (4, "Start scan with %zd pinned objects", sgen_get_pinned_count ());
1866
1867         major_collector.init_to_space ();
1868
1869         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Why are the workers not done when we start or finish a major collection?");
1870         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1871                 if (sgen_workers_have_idle_work ()) {
1872                         /*
1873                          * We force the finish of the worker with the new object ops context
1874                          * which can also do copying. We need to have finished pinning.
1875                          */
1876                         /* FIXME Implement parallel copying and get rid of this ineffective hack */
1877                         if (major_collector.is_parallel)
1878                                 sgen_workers_start_all_workers (&major_collector.major_ops_conc_par_start, NULL);
1879                         else
1880                                 sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1881
1882                         sgen_workers_join ();
1883                 }
1884         }
1885
1886 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
1887         main_gc_thread = mono_native_thread_self ();
1888 #endif
1889
1890         sgen_client_collecting_major_2 ();
1891
1892         TV_GETTIME (atv);
1893         time_major_scan_pinned += TV_ELAPSED (btv, atv);
1894
1895         sgen_client_collecting_major_3 (&fin_ready_queue, &critical_fin_queue);
1896
1897         enqueue_scan_from_roots_jobs (gc_thread_gray_queue, heap_start, heap_end, object_ops, FALSE);
1898
1899         TV_GETTIME (btv);
1900         time_major_scan_roots += TV_ELAPSED (atv, btv);
1901
1902         /*
1903          * We start the concurrent worker after pinning and after we scanned the roots
1904          * in order to make sure that the worker does not finish before handling all
1905          * the roots.
1906          */
1907         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1908                 if (precleaning_enabled) {
1909                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, workers_finish_callback);
1910                 } else {
1911                         sgen_workers_start_all_workers (object_ops, NULL);
1912                 }
1913                 gray_queue_enable_redirect (gc_thread_gray_queue);
1914         }
1915
1916         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT) {
1917                 ScanJob *sj;
1918
1919                 /* Mod union card table */
1920                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan mod union cardtable", job_scan_major_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1921                 sj->ops = object_ops;
1922                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1923                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1924
1925                 sj = (ScanJob*)sgen_thread_pool_job_alloc ("scan LOS mod union cardtable", job_scan_los_mod_union_card_table, sizeof (ScanJob));
1926                 sj->ops = object_ops;
1927                 sj->gc_thread_gray_queue = gc_thread_gray_queue;
1928                 sgen_workers_enqueue_job (&sj->job, FALSE);
1929
1930                 TV_GETTIME (atv);
1931                 time_major_scan_mod_union += TV_ELAPSED (btv, atv);
1932         }
1933
1934         sgen_pin_stats_report ();
1935
1936         if (mode == COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_START_CONCURRENT) {
1937                 sgen_finish_pinning ();
1938
1939                 sgen_pin_stats_reset ();
1940
1941                 if (do_concurrent_checks)
1942                         sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
1943         }
1944 }
1945
1946 static void
1947 major_start_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean concurrent, size_t *old_next_pin_slot)
1948 {
1949         SgenObjectOperations *object_ops;
1950
1951         binary_protocol_collection_begin (gc_stats.major_gc_count, GENERATION_OLD);
1952
1953         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
1954
1955         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
1956
1957         if (!concurrent)
1958                 sgen_cement_reset ();
1959
1960         if (concurrent) {
1961                 g_assert (major_collector.is_concurrent);
1962                 concurrent_collection_in_progress = TRUE;
1963
1964                 if (major_collector.is_parallel)
1965                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_start;
1966                 else
1967                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_start;
1968
1969         } else {
1970                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
1971         }
1972
1973         reset_pinned_from_failed_allocation ();
1974
1975         sgen_memgov_major_collection_start (concurrent, reason);
1976
1977         //count_ref_nonref_objs ();
1978         //consistency_check ();
1979
1980         check_scan_starts ();
1981
1982         degraded_mode = 0;
1983         SGEN_LOG (1, "Start major collection %d", gc_stats.major_gc_count);
1984         gc_stats.major_gc_count ++;
1985
1986         if (major_collector.start_major_collection)
1987                 major_collector.start_major_collection ();
1988
1989         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);
1990 }
1991
1992 static void
1993 major_finish_collection (SgenGrayQueue *gc_thread_gray_queue, const char *reason, gboolean is_overflow, size_t old_next_pin_slot, gboolean forced)
1994 {
1995         ScannedObjectCounts counts;
1996         SgenObjectOperations *object_ops;
1997         mword fragment_total;
1998         TV_DECLARE (atv);
1999         TV_DECLARE (btv);
2000
2001         TV_GETTIME (btv);
2002
2003         if (concurrent_collection_in_progress) {
2004                 if (major_collector.is_parallel)
2005                         object_ops = &major_collector.major_ops_conc_par_finish;
2006                 else
2007                         object_ops = &major_collector.major_ops_concurrent_finish;
2008
2009                 major_copy_or_mark_from_roots (gc_thread_gray_queue, NULL, COPY_OR_MARK_FROM_ROOTS_FINISH_CONCURRENT, object_ops);
2010
2011 #ifdef SGEN_DEBUG_INTERNAL_ALLOC
2012                 main_gc_thread = NULL;
2013 #endif
2014         } else {
2015                 object_ops = &major_collector.major_ops_serial;
2016         }
2017
2018         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2019
2020         finish_gray_stack (GENERATION_OLD, CONTEXT_FROM_OBJECT_OPERATIONS (object_ops, gc_thread_gray_queue));
2021         TV_GETTIME (atv);
2022         time_major_finish_gray_stack += TV_ELAPSED (btv, atv);
2023
2024         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after joining");
2025
2026         if (objects_pinned) {
2027                 g_assert (!concurrent_collection_in_progress);
2028
2029                 /*
2030                  * This is slow, but we just OOM'd.
2031                  *
2032                  * See comment at `sgen_pin_queue_clear_discarded_entries` for how the pin
2033                  * queue is laid out at this point.
2034                  */
2035                 sgen_pin_queue_clear_discarded_entries (nursery_section, old_next_pin_slot);
2036                 /*
2037                  * We need to reestablish all pinned nursery objects in the pin queue
2038                  * because they're needed for fragment creation.  Unpinning happens by
2039                  * walking the whole queue, so it's not necessary to reestablish where major
2040                  * heap block pins are - all we care is that they're still in there
2041                  * somewhere.
2042                  */
2043                 sgen_optimize_pin_queue ();
2044                 sgen_find_section_pin_queue_start_end (nursery_section);
2045                 objects_pinned = 0;
2046         }
2047
2048         reset_heap_boundaries ();
2049         sgen_update_heap_boundaries ((mword)sgen_get_nursery_start (), (mword)sgen_get_nursery_end ());
2050
2051         /* walk the pin_queue, build up the fragment list of free memory, unmark
2052          * pinned objects as we go, memzero() the empty fragments so they are ready for the
2053          * next allocations.
2054          */
2055         fragment_total = sgen_build_nursery_fragments (nursery_section, NULL);
2056         if (!fragment_total)
2057                 degraded_mode = 1;
2058         SGEN_LOG (4, "Free space in nursery after major %ld", (long)fragment_total);
2059
2060         if (do_concurrent_checks && concurrent_collection_in_progress)
2061                 sgen_debug_check_nursery_is_clean ();
2062
2063         /* prepare the pin queue for the next collection */
2064         sgen_finish_pinning ();
2065
2066         /* Clear TLABs for all threads */
2067         sgen_clear_tlabs ();
2068
2069         sgen_pin_stats_reset ();
2070
2071         sgen_cement_clear_below_threshold ();
2072
2073         if (check_mark_bits_after_major_collection)
2074                 sgen_check_heap_marked (concurrent_collection_in_progress);
2075
2076         TV_GETTIME (btv);
2077         time_major_fragment_creation += TV_ELAPSED (atv, btv);
2078
2079         binary_protocol_sweep_begin (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2080         sgen_memgov_major_pre_sweep ();
2081
2082         TV_GETTIME (atv);
2083         time_major_free_bigobjs += TV_ELAPSED (btv, atv);
2084
2085         sgen_los_sweep ();
2086
2087         TV_GETTIME (btv);
2088         time_major_los_sweep += TV_ELAPSED (atv, btv);
2089
2090         major_collector.sweep ();
2091
2092         binary_protocol_sweep_end (GENERATION_OLD, !major_collector.sweeps_lazily);
2093
2094         TV_GETTIME (atv);
2095         time_major_sweep += TV_ELAPSED (btv, atv);
2096
2097         sgen_debug_dump_heap ("major", gc_stats.major_gc_count - 1, reason);
2098
2099         if (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2100                 SGEN_LOG (4, "Finalizer-thread wakeup");
2101                 sgen_client_finalize_notify ();
2102         }
2103
2104         sgen_memgov_major_collection_end (forced, concurrent_collection_in_progress, reason, is_overflow);
2105         current_collection_generation = -1;
2106
2107         memset (&counts, 0, sizeof (ScannedObjectCounts));
2108         major_collector.finish_major_collection (&counts);
2109
2110         sgen_workers_assert_gray_queue_is_empty ();
2111
2112         SGEN_ASSERT (0, sgen_workers_all_done (), "Can't have workers working after major collection has finished");
2113         if (concurrent_collection_in_progress)
2114                 concurrent_collection_in_progress = FALSE;
2115
2116         check_scan_starts ();
2117
2118         binary_protocol_flush_buffers (FALSE);
2119
2120         //consistency_check ();
2121
2122         binary_protocol_collection_end (gc_stats.major_gc_count - 1, GENERATION_OLD, counts.num_scanned_objects, counts.num_unique_scanned_objects);
2123 }
2124
2125 static gboolean
2126 major_do_collection (const char *reason, gboolean is_overflow, gboolean forced)
2127 {
2128         TV_DECLARE (time_start);
2129         TV_DECLARE (time_end);
2130         size_t old_next_pin_slot;
2131         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2132
2133         if (disable_major_collections)
2134                 return FALSE;
2135
2136         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked) {
2137                 long long num_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2138                 g_assert (!num_marked);
2139         }
2140
2141         /* world must be stopped already */
2142         TV_GETTIME (time_start);
2143
2144         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2145         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, FALSE, &old_next_pin_slot);
2146         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, is_overflow, old_next_pin_slot, forced);
2147         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2148
2149         TV_GETTIME (time_end);
2150         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2151
2152         /* FIXME: also report this to the user, preferably in gc-end. */
2153         if (major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked)
2154                 major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2155
2156         return bytes_pinned_from_failed_allocation > 0;
2157 }
2158
2159 static void
2160 major_start_concurrent_collection (const char *reason)
2161 {
2162         TV_DECLARE (time_start);
2163         TV_DECLARE (time_end);
2164         long long num_objects_marked;
2165         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2166
2167         if (disable_major_collections)
2168                 return;
2169
2170         TV_GETTIME (time_start);
2171         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_start);
2172
2173         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2174         g_assert (num_objects_marked == 0);
2175
2176         binary_protocol_concurrent_start ();
2177
2178         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, TRUE);
2179         // FIXME: store reason and pass it when finishing
2180         major_start_collection (&gc_thread_gray_queue, reason, TRUE, NULL);
2181         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2182
2183         num_objects_marked = major_collector.get_and_reset_num_major_objects_marked ();
2184
2185         TV_GETTIME (time_end);
2186         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (time_start, time_end);
2187
2188         current_collection_generation = -1;
2189 }
2190
2191 /*
2192  * Returns whether the major collection has finished.
2193  */
2194 static gboolean
2195 major_should_finish_concurrent_collection (void)
2196 {
2197         return sgen_workers_all_done ();
2198 }
2199
2200 static void
2201 major_update_concurrent_collection (void)
2202 {
2203         TV_DECLARE (total_start);
2204         TV_DECLARE (total_end);
2205
2206         TV_GETTIME (total_start);
2207
2208         binary_protocol_concurrent_update ();
2209
2210         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2211         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2212
2213         TV_GETTIME (total_end);
2214         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2215 }
2216
2217 static void
2218 major_finish_concurrent_collection (gboolean forced)
2219 {
2220         SgenGrayQueue gc_thread_gray_queue;
2221         TV_DECLARE (total_start);
2222         TV_DECLARE (total_end);
2223
2224         TV_GETTIME (total_start);
2225
2226         binary_protocol_concurrent_finish ();
2227
2228         /*
2229          * We need to stop all workers since we're updating the cardtable below.
2230          * The workers will be resumed with a finishing pause context to avoid
2231          * additional cardtable and object scanning.
2232          */
2233         sgen_workers_stop_all_workers ();
2234
2235         SGEN_TV_GETTIME (time_major_conc_collection_end);
2236         gc_stats.major_gc_time_concurrent += SGEN_TV_ELAPSED (time_major_conc_collection_start, time_major_conc_collection_end);
2237
2238         major_collector.update_cardtable_mod_union ();
2239         sgen_los_update_cardtable_mod_union ();
2240
2241         if (mod_union_consistency_check)
2242                 sgen_check_mod_union_consistency ();
2243
2244         current_collection_generation = GENERATION_OLD;
2245         sgen_cement_reset ();
2246         init_gray_queue (&gc_thread_gray_queue, FALSE);
2247         major_finish_collection (&gc_thread_gray_queue, "finishing", FALSE, -1, forced);
2248         sgen_gray_object_queue_dispose (&gc_thread_gray_queue);
2249
2250         TV_GETTIME (total_end);
2251         gc_stats.major_gc_time += TV_ELAPSED (total_start, total_end);
2252
2253         current_collection_generation = -1;
2254 }
2255
2256 /*
2257  * Ensure an allocation request for @size will succeed by freeing enough memory.
2258  *
2259  * LOCKING: The GC lock MUST be held.
2260  */
2261 void
2262 sgen_ensure_free_space (size_t size, int generation)
2263 {
2264         int generation_to_collect = -1;
2265         const char *reason = NULL;
2266
2267         if (generation == GENERATION_OLD) {
2268                 if (sgen_need_major_collection (size)) {
2269                         reason = "LOS overflow";
2270                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2271                 }
2272         } else {
2273                 if (degraded_mode) {
2274                         if (sgen_need_major_collection (size)) {
2275                                 reason = "Degraded mode overflow";
2276                                 generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2277                         }
2278                 } else if (sgen_need_major_collection (size)) {
2279                         reason = concurrent_collection_in_progress ? "Forced finish concurrent collection" : "Minor allowance";
2280                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2281                 } else {
2282                         generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2283                         reason = "Nursery full";                        
2284                 }
2285         }
2286
2287         if (generation_to_collect == -1) {
2288                 if (concurrent_collection_in_progress && sgen_workers_all_done ()) {
2289                         generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2290                         reason = "Finish concurrent collection";
2291                 }
2292         }
2293
2294         if (generation_to_collect == -1)
2295                 return;
2296         sgen_perform_collection (size, generation_to_collect, reason, FALSE, TRUE);
2297 }
2298
2299 /*
2300  * LOCKING: Assumes the GC lock is held.
2301  */
2302 void
2303 sgen_perform_collection (size_t requested_size, int generation_to_collect, const char *reason, gboolean wait_to_finish, gboolean stw)
2304 {
2305         TV_DECLARE (gc_total_start);
2306         TV_DECLARE (gc_total_end);
2307         int overflow_generation_to_collect = -1;
2308         int oldest_generation_collected = generation_to_collect;
2309         const char *overflow_reason = NULL;
2310         gboolean finish_concurrent = concurrent_collection_in_progress && (major_should_finish_concurrent_collection () || generation_to_collect == GENERATION_OLD);
2311
2312         binary_protocol_collection_requested (generation_to_collect, requested_size, wait_to_finish ? 1 : 0);
2313
2314         SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_NURSERY || generation_to_collect == GENERATION_OLD, "What generation is this?");
2315
2316         if (stw)
2317                 sgen_stop_world (generation_to_collect);
2318         else
2319                 SGEN_ASSERT (0, sgen_is_world_stopped (), "We can only collect if the world is stopped");
2320                 
2321
2322         TV_GETTIME (gc_total_start);
2323
2324         // FIXME: extract overflow reason
2325         // FIXME: minor overflow for concurrent case
2326         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !finish_concurrent) {
2327                 if (concurrent_collection_in_progress)
2328                         major_update_concurrent_collection ();
2329
2330                 if (collect_nursery (reason, FALSE, NULL) && !concurrent_collection_in_progress) {
2331                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_OLD;
2332                         overflow_reason = "Minor overflow";
2333                 }
2334         } else if (finish_concurrent) {
2335                 major_finish_concurrent_collection (wait_to_finish);
2336                 oldest_generation_collected = GENERATION_OLD;
2337         } else {
2338                 SGEN_ASSERT (0, generation_to_collect == GENERATION_OLD, "We should have handled nursery collections above");
2339                 if (major_collector.is_concurrent && !wait_to_finish) {
2340                         collect_nursery ("Concurrent start", FALSE, NULL);
2341                         major_start_concurrent_collection (reason);
2342                         oldest_generation_collected = GENERATION_NURSERY;
2343                 } else if (major_do_collection (reason, FALSE, wait_to_finish)) {
2344                         overflow_generation_to_collect = GENERATION_NURSERY;
2345                         overflow_reason = "Excessive pinning";
2346                 }
2347         }
2348
2349         if (overflow_generation_to_collect != -1) {
2350                 SGEN_ASSERT (0, !concurrent_collection_in_progress, "We don't yet support overflow collections with the concurrent collector");
2351
2352                 /*
2353                  * We need to do an overflow collection, either because we ran out of memory
2354                  * or the nursery is fully pinned.
2355                  */
2356
2357                 if (overflow_generation_to_collect == GENERATION_NURSERY)
2358                         collect_nursery (overflow_reason, TRUE, NULL);
2359                 else
2360                         major_do_collection (overflow_reason, TRUE, wait_to_finish);
2361
2362                 oldest_generation_collected = MAX (oldest_generation_collected, overflow_generation_to_collect);
2363         }
2364
2365         SGEN_LOG (2, "Heap size: %lu, LOS size: %lu", (unsigned long)sgen_gc_get_total_heap_allocation (), (unsigned long)los_memory_usage);
2366
2367         /* this also sets the proper pointers for the next allocation */
2368         if (generation_to_collect == GENERATION_NURSERY && !sgen_can_alloc_size (requested_size)) {
2369                 /* TypeBuilder and MonoMethod are killing mcs with fragmentation */
2370                 SGEN_LOG (1, "nursery collection didn't find enough room for %zd alloc (%zd pinned)", requested_size, sgen_get_pinned_count ());
2371                 sgen_dump_pin_queue ();
2372                 degraded_mode = 1;
2373         }
2374
2375         TV_GETTIME (gc_total_end);
2376         time_max = MAX (time_max, TV_ELAPSED (gc_total_start, gc_total_end));
2377
2378         if (stw)
2379                 sgen_restart_world (oldest_generation_collected);
2380 }
2381
2382 /*
2383  * ######################################################################
2384  * ########  Memory allocation from the OS
2385  * ######################################################################
2386  * This section of code deals with getting memory from the OS and
2387  * allocating memory for GC-internal data structures.
2388  * Internal memory can be handled with a freelist for small objects.
2389  */
2390
2391 /*
2392  * Debug reporting.
2393  */
2394 G_GNUC_UNUSED static void
2395 report_internal_mem_usage (void)
2396 {
2397         printf ("Internal memory usage:\n");
2398         sgen_report_internal_mem_usage ();
2399         printf ("Pinned memory usage:\n");
2400         major_collector.report_pinned_memory_usage ();
2401 }
2402
2403 /*
2404  * ######################################################################
2405  * ########  Finalization support
2406  * ######################################################################
2407  */
2408
2409 /*
2410  * If the object has been forwarded it means it's still referenced from a root. 
2411  * If it is pinned it's still alive as well.
2412  * A LOS object is only alive if we have pinned it.
2413  * Return TRUE if @obj is ready to be finalized.
2414  */
2415 static inline gboolean
2416 sgen_is_object_alive (GCObject *object)
2417 {
2418         if (ptr_in_nursery (object))
2419                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2420
2421         return sgen_major_is_object_alive (object);
2422 }
2423
2424 /*
2425  * This function returns true if @object is either alive and belongs to the
2426  * current collection - major collections are full heap, so old gen objects
2427  * are never alive during a minor collection.
2428  */
2429 static inline int
2430 sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (GCObject *object)
2431 {
2432         if (ptr_in_nursery (object))
2433                 return sgen_nursery_is_object_alive (object);
2434
2435         if (current_collection_generation == GENERATION_NURSERY)
2436                 return FALSE;
2437
2438         return sgen_major_is_object_alive (object);
2439 }
2440
2441
2442 gboolean
2443 sgen_gc_is_object_ready_for_finalization (GCObject *object)
2444 {
2445         return !sgen_is_object_alive (object);
2446 }
2447
2448 void
2449 sgen_queue_finalization_entry (GCObject *obj)
2450 {
2451         gboolean critical = sgen_client_object_has_critical_finalizer (obj);
2452
2453         sgen_pointer_queue_add (critical ? &critical_fin_queue : &fin_ready_queue, obj);
2454
2455         sgen_client_object_queued_for_finalization (obj);
2456 }
2457
2458 gboolean
2459 sgen_object_is_live (GCObject *obj)
2460 {
2461         return sgen_is_object_alive_and_on_current_collection (obj);
2462 }
2463
2464 /*
2465  * `System.GC.WaitForPendingFinalizers` first checks `sgen_have_pending_finalizers()` to
2466  * determine whether it can exit quickly.  The latter must therefore only return FALSE if
2467  * all finalizers have really finished running.
2468  *
2469  * `sgen_gc_invoke_finalizers()` first dequeues a finalizable object, and then finalizes it.
2470  * This means that just checking whether the queues are empty leaves the possibility that an
2471  * object might have been dequeued but not yet finalized.  That's why we need the additional
2472  * flag `pending_unqueued_finalizer`.
2473  */
2474
2475 static volatile gboolean pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2476 volatile gboolean sgen_suspend_finalizers = FALSE;
2477
2478 void
2479 sgen_set_suspend_finalizers (void)
2480 {
2481         sgen_suspend_finalizers = TRUE;
2482 }
2483
2484 int
2485 sgen_gc_invoke_finalizers (void)
2486 {
2487         int count = 0;
2488
2489         g_assert (!pending_unqueued_finalizer);
2490
2491         /* FIXME: batch to reduce lock contention */
2492         while (sgen_have_pending_finalizers ()) {
2493                 GCObject *obj;
2494
2495                 LOCK_GC;
2496
2497                 /*
2498                  * We need to set `pending_unqueued_finalizer` before dequeing the
2499                  * finalizable object.
2500                  */
2501                 if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue)) {
2502                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2503                         mono_memory_write_barrier ();
2504                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&fin_ready_queue);
2505                 } else if (!sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue)) {
2506                         pending_unqueued_finalizer = TRUE;
2507                         mono_memory_write_barrier ();
2508                         obj = (GCObject *)sgen_pointer_queue_pop (&critical_fin_queue);
2509                 } else {
2510                         obj = NULL;
2511                 }
2512
2513                 if (obj)
2514                         SGEN_LOG (7, "Finalizing object %p (%s)", obj, sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (obj)));
2515
2516                 UNLOCK_GC;
2517
2518                 if (!obj)
2519                         break;
2520
2521                 count++;
2522                 /* the object is on the stack so it is pinned */
2523                 /*g_print ("Calling finalizer for object: %p (%s)\n", obj, sgen_client_object_safe_name (obj));*/
2524                 sgen_client_run_finalize (obj);
2525         }
2526
2527         if (pending_unqueued_finalizer) {
2528                 mono_memory_write_barrier ();
2529                 pending_unqueued_finalizer = FALSE;
2530         }
2531
2532         return count;
2533 }
2534
2535 gboolean
2536 sgen_have_pending_finalizers (void)
2537 {
2538         if (sgen_suspend_finalizers)
2539                 return FALSE;
2540         return pending_unqueued_finalizer || !sgen_pointer_queue_is_empty (&fin_ready_queue) || !sgen_pointer_queue_is_empty (&critical_fin_queue);
2541 }
2542
2543 /*
2544  * ######################################################################
2545  * ########  registered roots support
2546  * ######################################################################
2547  */
2548
2549 /*
2550  * We do not coalesce roots.
2551  */
2552 int
2553 sgen_register_root (char *start, size_t size, SgenDescriptor descr, int root_type, int source, const char *msg)
2554 {
2555         RootRecord new_root;
2556         int i;
2557         LOCK_GC;
2558         for (i = 0; i < ROOT_TYPE_NUM; ++i) {
2559                 RootRecord *root = (RootRecord *)sgen_hash_table_lookup (&roots_hash [i], start);
2560                 /* we allow changing the size and the descriptor (for thread statics etc) */
2561                 if (root) {
2562                         size_t old_size = root->end_root - start;
2563                         root->end_root = start + size;
2564                         SGEN_ASSERT (0, !!root->root_desc == !!descr, "Can't change whether a root is precise or conservative.");
2565                         SGEN_ASSERT (0, root->source == source, "Can't change a root's source identifier.");
2566                         SGEN_ASSERT (0, !!root->msg == !!msg, "Can't change a root's message.");
2567                         root->root_desc = descr;
2568                         roots_size += size;
2569                         roots_size -= old_size;
2570                         UNLOCK_GC;
2571                         return TRUE;
2572                 }
2573         }
2574
2575         new_root.end_root = start + size;
2576         new_root.root_desc = descr;
2577         new_root.source = source;
2578         new_root.msg = msg;
2579
2580         sgen_hash_table_replace (&roots_hash [root_type], start, &new_root, NULL);
2581         roots_size += size;
2582
2583         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);
2584
2585         UNLOCK_GC;
2586         return TRUE;
2587 }
2588
2589 void
2590 sgen_deregister_root (char* addr)
2591 {
2592         int root_type;
2593         RootRecord root;
2594
2595         LOCK_GC;
2596         for (root_type = 0; root_type < ROOT_TYPE_NUM; ++root_type) {
2597                 if (sgen_hash_table_remove (&roots_hash [root_type], addr, &root))
2598                         roots_size -= (root.end_root - addr);
2599         }
2600         UNLOCK_GC;
2601 }
2602
2603 /*
2604  * ######################################################################
2605  * ########  Thread handling (stop/start code)
2606  * ######################################################################
2607  */
2608
2609 int
2610 sgen_get_current_collection_generation (void)
2611 {
2612         return current_collection_generation;
2613 }
2614
2615 void*
2616 sgen_thread_register (SgenThreadInfo* info, void *stack_bottom_fallback)
2617 {
2618         info->tlab_start = info->tlab_next = info->tlab_temp_end = info->tlab_real_end = NULL;
2619
2620         sgen_client_thread_register (info, stack_bottom_fallback);
2621
2622         return info;
2623 }
2624
2625 void
2626 sgen_thread_unregister (SgenThreadInfo *p)
2627 {
2628         sgen_client_thread_unregister (p);
2629 }
2630
2631 /*
2632  * ######################################################################
2633  * ########  Write barriers
2634  * ######################################################################
2635  */
2636
2637 /*
2638  * Note: the write barriers first do the needed GC work and then do the actual store:
2639  * this way the value is visible to the conservative GC scan after the write barrier
2640  * itself. If a GC interrupts the barrier in the middle, value will be kept alive by
2641  * the conservative scan, otherwise by the remembered set scan.
2642  */
2643
2644 void
2645 mono_gc_wbarrier_arrayref_copy (gpointer dest_ptr, gpointer src_ptr, int count)
2646 {
2647         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_arrayref_copy);
2648         /*This check can be done without taking a lock since dest_ptr array is pinned*/
2649         if (ptr_in_nursery (dest_ptr) || count <= 0) {
2650                 mono_gc_memmove_aligned (dest_ptr, src_ptr, count * sizeof (gpointer));
2651                 return;
2652         }
2653
2654 #ifdef SGEN_HEAVY_BINARY_PROTOCOL
2655         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ()) {
2656                 int i;
2657                 for (i = 0; i < count; ++i) {
2658                         gpointer dest = (gpointer*)dest_ptr + i;
2659                         gpointer obj = *((gpointer*)src_ptr + i);
2660                         if (obj)
2661                                 binary_protocol_wbarrier (dest, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2662                 }
2663         }
2664 #endif
2665
2666         remset.wbarrier_arrayref_copy (dest_ptr, src_ptr, count);
2667 }
2668
2669 void
2670 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (gpointer ptr)
2671 {
2672         gpointer obj;
2673
2674         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store);
2675
2676         sgen_client_wbarrier_generic_nostore_check (ptr);
2677
2678         obj = *(gpointer*)ptr;
2679         if (obj)
2680                 binary_protocol_wbarrier (ptr, obj, (gpointer)LOAD_VTABLE (obj));
2681
2682         /*
2683          * We need to record old->old pointer locations for the
2684          * concurrent collector.
2685          */
2686         if (!ptr_in_nursery (obj) && !concurrent_collection_in_progress) {
2687                 SGEN_LOG (8, "Skipping remset at %p", ptr);
2688                 return;
2689         }
2690
2691         SGEN_LOG (8, "Adding remset at %p", ptr);
2692
2693         remset.wbarrier_generic_nostore (ptr);
2694 }
2695
2696 void
2697 mono_gc_wbarrier_generic_store (gpointer ptr, GCObject* value)
2698 {
2699         SGEN_LOG (8, "Wbarrier store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2700         SGEN_UPDATE_REFERENCE_ALLOW_NULL (ptr, value);
2701         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2702                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2703         sgen_dummy_use (value);
2704 }
2705
2706 /* Same as mono_gc_wbarrier_generic_store () but performs the store
2707  * as an atomic operation with release semantics.
2708  */
2709 void
2710 mono_gc_wbarrier_generic_store_atomic (gpointer ptr, GCObject *value)
2711 {
2712         HEAVY_STAT (++stat_wbarrier_generic_store_atomic);
2713
2714         SGEN_LOG (8, "Wbarrier atomic store at %p to %p (%s)", ptr, value, value ? sgen_client_vtable_get_name (SGEN_LOAD_VTABLE (value)) : "null");
2715
2716         InterlockedWritePointer ((volatile gpointer *)ptr, value);
2717
2718         if (ptr_in_nursery (value) || concurrent_collection_in_progress)
2719                 mono_gc_wbarrier_generic_nostore (ptr);
2720
2721         sgen_dummy_use (value);
2722 }
2723
2724 void
2725 sgen_wbarrier_value_copy_bitmap (gpointer _dest, gpointer _src, int size, unsigned bitmap)
2726 {
2727         GCObject **dest = (GCObject **)_dest;
2728         GCObject **src = (GCObject **)_src;
2729
2730         while (size) {
2731                 if (bitmap & 0x1)
2732                         mono_gc_wbarrier_generic_store (dest, *src);
2733                 else
2734                         *dest = *src;
2735                 ++src;
2736                 ++dest;
2737                 size -= SIZEOF_VOID_P;
2738                 bitmap >>= 1;
2739         }
2740 }
2741
2742 /*
2743  * ######################################################################
2744  * ########  Other mono public interface functions.
2745  * ######################################################################
2746  */
2747
2748 void
2749 sgen_gc_collect (int generation)
2750 {
2751         LOCK_GC;
2752         if (generation > 1)
2753                 generation = 1;
2754         sgen_perform_collection (0, generation, "user request", TRUE, TRUE);
2755         UNLOCK_GC;
2756 }
2757
2758 int
2759 sgen_gc_collection_count (int generation)
2760 {
2761         if (generation == 0)
2762                 return gc_stats.minor_gc_count;
2763         return gc_stats.major_gc_count;
2764 }
2765
2766 size_t
2767 sgen_gc_get_used_size (void)
2768 {
2769         gint64 tot = 0;
2770         LOCK_GC;
2771         tot = los_memory_usage;
2772         tot += nursery_section->next_data - nursery_section->data;
2773         tot += major_collector.get_used_size ();
2774         /* FIXME: account for pinned objects */
2775         UNLOCK_GC;
2776         return tot;
2777 }
2778
2779 void
2780 sgen_env_var_error (const char *env_var, const char *fallback, const char *description_format, ...)
2781 {
2782         va_list ap;
2783
2784         va_start (ap, description_format);
2785
2786         fprintf (stderr, "Warning: In environment variable `%s': ", env_var);
2787         vfprintf (stderr, description_format, ap);
2788         if (fallback)
2789                 fprintf (stderr, " - %s", fallback);
2790         fprintf (stderr, "\n");
2791
2792         va_end (ap);
2793 }
2794
2795 static gboolean
2796 parse_double_in_interval (const char *env_var, const char *opt_name, const char *opt, double min, double max, double *result)
2797 {
2798         char *endptr;
2799         double val = strtod (opt, &endptr);
2800         if (endptr == opt) {
2801                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be a number.", opt_name);
2802                 return FALSE;
2803         }
2804         else if (val < min || val > max) {
2805                 sgen_env_var_error (env_var, "Using default value.", "`%s` must be between %.2f - %.2f.", opt_name, min, max);
2806                 return FALSE;
2807         }
2808         *result = val;
2809         return TRUE;
2810 }
2811
2812 void
2813 sgen_gc_init (void)
2814 {
2815         const char *env;
2816         char **opts, **ptr;
2817         char *major_collector_opt = NULL;
2818         char *minor_collector_opt = NULL;
2819         char *params_opts = NULL;
2820         char *debug_opts = NULL;
2821         size_t max_heap = 0;
2822         size_t soft_limit = 0;
2823         int result;
2824         gboolean debug_print_allowance = FALSE;
2825         double allowance_ratio = 0, save_target = 0;
2826         gboolean cement_enabled = TRUE;
2827
2828         do {
2829                 result = InterlockedCompareExchange (&gc_initialized, -1, 0);
2830                 switch (result) {
2831                 case 1:
2832                         /* already inited */
2833                         return;
2834                 case -1:
2835                         /* being inited by another thread */
2836                         mono_thread_info_usleep (1000);
2837                         break;
2838                 case 0:
2839                         /* we will init it */
2840                         break;
2841                 default:
2842                         g_assert_not_reached ();
2843                 }
2844         } while (result != 0);
2845
2846         SGEN_TV_GETTIME (sgen_init_timestamp);
2847
2848 #ifdef SGEN_WITHOUT_MONO
2849         mono_thread_smr_init ();
2850 #endif
2851
2852         mono_coop_mutex_init (&gc_mutex);
2853
2854         gc_debug_file = stderr;
2855
2856         mono_coop_mutex_init (&sgen_interruption_mutex);
2857
2858         if ((env = g_getenv (MONO_GC_PARAMS_NAME)) || gc_params_options) {
2859                 params_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_params_options ? gc_params_options : "", env ? env : "");
2860         }
2861
2862         if (params_opts) {
2863                 opts = g_strsplit (params_opts, ",", -1);
2864                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2865                         char *opt = *ptr;
2866                         if (g_str_has_prefix (opt, "major=")) {
2867                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2868                                 major_collector_opt = g_strdup (opt);
2869                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "minor=")) {
2870                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2871                                 minor_collector_opt = g_strdup (opt);
2872                         }
2873                 }
2874         } else {
2875                 opts = NULL;
2876         }
2877
2878         init_stats ();
2879         sgen_init_internal_allocator ();
2880         sgen_init_nursery_allocator ();
2881         sgen_init_fin_weak_hash ();
2882         sgen_init_hash_table ();
2883         sgen_init_descriptors ();
2884         sgen_init_gray_queues ();
2885         sgen_init_allocator ();
2886         sgen_init_gchandles ();
2887
2888         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_SECTION, SGEN_SIZEOF_GC_MEM_SECTION);
2889         sgen_register_fixed_internal_mem_type (INTERNAL_MEM_GRAY_QUEUE, sizeof (GrayQueueSection));
2890
2891         sgen_client_init ();
2892
2893         if (!minor_collector_opt) {
2894                 sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2895         } else {
2896                 if (!strcmp (minor_collector_opt, "simple")) {
2897                 use_simple_nursery:
2898                         sgen_simple_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2899                 } else if (!strcmp (minor_collector_opt, "split")) {
2900                         sgen_split_nursery_init (&sgen_minor_collector);
2901                 } else {
2902                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `simple` instead.", "Unknown minor collector `%s'.", minor_collector_opt);
2903                         goto use_simple_nursery;
2904                 }
2905         }
2906
2907         if (!major_collector_opt) {
2908         use_default_major:
2909                 DEFAULT_MAJOR_INIT (&major_collector);
2910         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep")) {
2911                 sgen_marksweep_init (&major_collector);
2912         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc")) {
2913                 sgen_marksweep_conc_init (&major_collector);
2914         } else if (!strcmp (major_collector_opt, "marksweep-conc-par")) {
2915                 sgen_marksweep_conc_par_init (&major_collector);
2916         } else {
2917                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using `" DEFAULT_MAJOR_NAME "` instead.", "Unknown major collector `%s'.", major_collector_opt);
2918                 goto use_default_major;
2919         }
2920
2921         sgen_nursery_size = DEFAULT_NURSERY_SIZE;
2922
2923         if (opts) {
2924                 gboolean usage_printed = FALSE;
2925
2926                 for (ptr = opts; *ptr; ++ptr) {
2927                         char *opt = *ptr;
2928                         if (!strcmp (opt, ""))
2929                                 continue;
2930                         if (g_str_has_prefix (opt, "major="))
2931                                 continue;
2932                         if (g_str_has_prefix (opt, "minor="))
2933                                 continue;
2934                         if (g_str_has_prefix (opt, "max-heap-size=")) {
2935                                 size_t page_size = mono_pagesize ();
2936                                 size_t max_heap_candidate = 0;
2937                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2938                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &max_heap_candidate)) {
2939                                         max_heap = (max_heap_candidate + page_size - 1) & ~(size_t)(page_size - 1);
2940                                         if (max_heap != max_heap_candidate)
2941                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Rounding up.", "`max-heap-size` size must be a multiple of %d.", page_size);
2942                                 } else {
2943                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`max-heap-size` must be an integer.");
2944                                 }
2945                                 continue;
2946                         }
2947                         if (g_str_has_prefix (opt, "soft-heap-limit=")) {
2948                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2949                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &soft_limit)) {
2950                                         if (soft_limit <= 0) {
2951                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be positive.");
2952                                                 soft_limit = 0;
2953                                         }
2954                                 } else {
2955                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, NULL, "`soft-heap-limit` must be an integer.");
2956                                 }
2957                                 continue;
2958                         }
2959
2960 #ifdef USER_CONFIG
2961                         if (g_str_has_prefix (opt, "nursery-size=")) {
2962                                 size_t val;
2963                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2964                                 if (*opt && mono_gc_parse_environment_string_extract_number (opt, &val)) {
2965                                         if ((val & (val - 1))) {
2966                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be a power of two.");
2967                                                 continue;
2968                                         }
2969
2970                                         if (val < SGEN_MAX_NURSERY_WASTE) {
2971                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.",
2972                                                                 "`nursery-size` must be at least %d bytes.", SGEN_MAX_NURSERY_WASTE);
2973                                                 continue;
2974                                         }
2975
2976                                         sgen_nursery_size = val;
2977                                         sgen_nursery_bits = 0;
2978                                         while (ONE_P << (++ sgen_nursery_bits) != sgen_nursery_size)
2979                                                 ;
2980                                 } else {
2981                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Using default value.", "`nursery-size` must be an integer.");
2982                                         continue;
2983                                 }
2984                                 continue;
2985                         }
2986 #endif
2987                         if (g_str_has_prefix (opt, "save-target-ratio=")) {
2988                                 double val;
2989                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2990                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "save-target-ratio", opt,
2991                                                 SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO, &val)) {
2992                                         save_target = val;
2993                                 }
2994                                 continue;
2995                         }
2996                         if (g_str_has_prefix (opt, "default-allowance-ratio=")) {
2997                                 double val;
2998                                 opt = strchr (opt, '=') + 1;
2999                                 if (parse_double_in_interval (MONO_GC_PARAMS_NAME, "default-allowance-ratio", opt,
3000                                                 SGEN_MIN_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, SGEN_MAX_ALLOWANCE_NURSERY_SIZE_RATIO, &val)) {
3001                                         allowance_ratio = val;
3002                                 }
3003                                 continue;
3004                         }
3005
3006                         if (!strcmp (opt, "cementing")) {
3007                                 cement_enabled = TRUE;
3008                                 continue;
3009                         }
3010                         if (!strcmp (opt, "no-cementing")) {
3011                                 cement_enabled = FALSE;
3012                                 continue;
3013                         }
3014
3015                         if (!strcmp (opt, "precleaning")) {
3016                                 precleaning_enabled = TRUE;
3017                                 continue;
3018                         }
3019                         if (!strcmp (opt, "no-precleaning")) {
3020                                 precleaning_enabled = FALSE;
3021                                 continue;
3022                         }
3023
3024                         if (major_collector.handle_gc_param && major_collector.handle_gc_param (opt))
3025                                 continue;
3026
3027                         if (sgen_minor_collector.handle_gc_param && sgen_minor_collector.handle_gc_param (opt))
3028                                 continue;
3029
3030                         if (sgen_client_handle_gc_param (opt))
3031                                 continue;
3032
3033                         sgen_env_var_error (MONO_GC_PARAMS_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3034
3035                         if (usage_printed)
3036                                 continue;
3037
3038                         fprintf (stderr, "\n%s must be a comma-delimited list of one or more of the following:\n", MONO_GC_PARAMS_NAME);
3039                         fprintf (stderr, "  max-heap-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3040                         fprintf (stderr, "  soft-heap-limit=n (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3041                         fprintf (stderr, "  nursery-size=N (where N is an integer, possibly with a k, m or a g suffix)\n");
3042                         fprintf (stderr, "  major=COLLECTOR (where COLLECTOR is `marksweep', `marksweep-conc', `marksweep-par')\n");
3043                         fprintf (stderr, "  minor=COLLECTOR (where COLLECTOR is `simple' or `split')\n");
3044                         fprintf (stderr, "  wbarrier=WBARRIER (where WBARRIER is `remset' or `cardtable')\n");
3045                         fprintf (stderr, "  [no-]cementing\n");
3046                         if (major_collector.print_gc_param_usage)
3047                                 major_collector.print_gc_param_usage ();
3048                         if (sgen_minor_collector.print_gc_param_usage)
3049                                 sgen_minor_collector.print_gc_param_usage ();
3050                         sgen_client_print_gc_params_usage ();
3051                         fprintf (stderr, " Experimental options:\n");
3052                         fprintf (stderr, "  save-target-ratio=R (where R must be between %.2f - %.2f).\n", SGEN_MIN_SAVE_TARGET_RATIO, SGEN_MAX_SAVE_TARGET_RATIO);
3053                         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);
3054                         fprintf (stderr, "\n");
3055
3056                         usage_printed = TRUE;
3057                 }
3058                 g_strfreev (opts);
3059         }
3060
3061         if (major_collector_opt)
3062                 g_free (major_collector_opt);
3063
3064         if (minor_collector_opt)
3065                 g_free (minor_collector_opt);
3066
3067         if (params_opts)
3068                 g_free (params_opts);
3069
3070         alloc_nursery ();
3071
3072         sgen_pinning_init ();
3073         sgen_cement_init (cement_enabled);
3074
3075         if ((env = g_getenv (MONO_GC_DEBUG_NAME)) || gc_debug_options) {
3076                 debug_opts = g_strdup_printf ("%s,%s", gc_debug_options ? gc_debug_options  : "", env ? env : "");
3077         }
3078
3079         if (debug_opts) {
3080                 gboolean usage_printed = FALSE;
3081
3082                 opts = g_strsplit (debug_opts, ",", -1);
3083                 for (ptr = opts; ptr && *ptr; ptr ++) {
3084                         char *opt = *ptr;
3085                         if (!strcmp (opt, ""))
3086                                 continue;
3087                         if (opt [0] >= '0' && opt [0] <= '9') {
3088                                 gc_debug_level = atoi (opt);
3089                                 opt++;
3090                                 if (opt [0] == ':')
3091                                         opt++;
3092                                 if (opt [0]) {
3093                                         char *rf = g_strdup_printf ("%s.%d", opt, mono_process_current_pid ());
3094                                         gc_debug_file = fopen (rf, "wb");
3095                                         if (!gc_debug_file)
3096                                                 gc_debug_file = stderr;
3097                                         g_free (rf);
3098                                 }
3099                         } else if (!strcmp (opt, "print-allowance")) {
3100                                 debug_print_allowance = TRUE;
3101                         } else if (!strcmp (opt, "print-pinning")) {
3102                                 sgen_pin_stats_enable ();
3103                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-allocs")) {
3104                                 verify_before_allocs = 1;
3105                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3106                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "verify-before-allocs=")) {
3107                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3108                                 verify_before_allocs = atoi (arg);
3109                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3110                         } else if (!strcmp (opt, "collect-before-allocs")) {
3111                                 collect_before_allocs = 1;
3112                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3113                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "collect-before-allocs=")) {
3114                                 char *arg = strchr (opt, '=') + 1;
3115                                 has_per_allocation_action = TRUE;
3116                                 collect_before_allocs = atoi (arg);
3117                         } else if (!strcmp (opt, "verify-before-collections")) {
3118                                 whole_heap_check_before_collection = TRUE;
3119                         } else if (!strcmp (opt, "check-remset-consistency")) {
3120                                 remset_consistency_checks = TRUE;
3121                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3122                         } else if (!strcmp (opt, "mod-union-consistency-check")) {
3123                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3124                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`mod-union-consistency-check` only works with concurrent major collector.");
3125                                         continue;
3126                                 }
3127                                 mod_union_consistency_check = TRUE;
3128                         } else if (!strcmp (opt, "check-mark-bits")) {
3129                                 check_mark_bits_after_major_collection = TRUE;
3130                         } else if (!strcmp (opt, "check-nursery-pinned")) {
3131                                 check_nursery_objects_pinned = TRUE;
3132                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-gc")) {
3133                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3134                         } else if (!strcmp (opt, "clear-nursery-at-gc")) {
3135                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3136                         } else if (!strcmp (opt, "clear-at-tlab-creation")) {
3137                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION;
3138                         } else if (!strcmp (opt, "debug-clear-at-tlab-creation")) {
3139                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_TLAB_CREATION_DEBUG;
3140                         } else if (!strcmp (opt, "check-scan-starts")) {
3141                                 do_scan_starts_check = TRUE;
3142                         } else if (!strcmp (opt, "verify-nursery-at-minor-gc")) {
3143                                 do_verify_nursery = TRUE;
3144                         } else if (!strcmp (opt, "check-concurrent")) {
3145                                 if (!major_collector.is_concurrent) {
3146                                         sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "`check-concurrent` only works with concurrent major collectors.");
3147                                         continue;
3148                                 }
3149                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3150                                 do_concurrent_checks = TRUE;
3151                         } else if (!strcmp (opt, "dump-nursery-at-minor-gc")) {
3152                                 do_dump_nursery_content = TRUE;
3153                         } else if (!strcmp (opt, "disable-minor")) {
3154                                 disable_minor_collections = TRUE;
3155                         } else if (!strcmp (opt, "disable-major")) {
3156                                 disable_major_collections = TRUE;
3157                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "heap-dump=")) {
3158                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3159                                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3160                                 sgen_debug_enable_heap_dump (filename);
3161                         } else if (g_str_has_prefix (opt, "binary-protocol=")) {
3162                                 char *filename = strchr (opt, '=') + 1;
3163                                 char *colon = strrchr (filename, ':');
3164                                 size_t limit = 0;
3165                                 if (colon) {
3166                                         if (!mono_gc_parse_environment_string_extract_number (colon + 1, &limit)) {
3167                                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring limit.", "Binary protocol file size limit must be an integer.");
3168                                                 limit = -1;
3169                                         }
3170                                         *colon = '\0';
3171                                 }
3172                                 binary_protocol_init (filename, (long long)limit);
3173                         } else if (!strcmp (opt, "nursery-canaries")) {
3174                                 do_verify_nursery = TRUE;
3175                                 enable_nursery_canaries = TRUE;
3176                         } else if (!sgen_client_handle_gc_debug (opt)) {
3177                                 sgen_env_var_error (MONO_GC_DEBUG_NAME, "Ignoring.", "Unknown option `%s`.", opt);
3178
3179                                 if (usage_printed)
3180                                         continue;
3181
3182                                 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);
3183                                 fprintf (stderr, "Valid <option>s are:\n");
3184                                 fprintf (stderr, "  collect-before-allocs[=<n>]\n");
3185                                 fprintf (stderr, "  verify-before-allocs[=<n>]\n");
3186                                 fprintf (stderr, "  check-remset-consistency\n");
3187                                 fprintf (stderr, "  check-mark-bits\n");
3188                                 fprintf (stderr, "  check-nursery-pinned\n");
3189                                 fprintf (stderr, "  verify-before-collections\n");
3190                                 fprintf (stderr, "  verify-nursery-at-minor-gc\n");
3191                                 fprintf (stderr, "  dump-nursery-at-minor-gc\n");
3192                                 fprintf (stderr, "  disable-minor\n");
3193                                 fprintf (stderr, "  disable-major\n");
3194                                 fprintf (stderr, "  check-concurrent\n");
3195                                 fprintf (stderr, "  clear-[nursery-]at-gc\n");
3196                                 fprintf (stderr, "  clear-at-tlab-creation\n");
3197                                 fprintf (stderr, "  debug-clear-at-tlab-creation\n");
3198                                 fprintf (stderr, "  check-scan-starts\n");
3199                                 fprintf (stderr, "  print-allowance\n");
3200                                 fprintf (stderr, "  print-pinning\n");
3201                                 fprintf (stderr, "  heap-dump=<filename>\n");
3202                                 fprintf (stderr, "  binary-protocol=<filename>[:<file-size-limit>]\n");
3203                                 fprintf (stderr, "  nursery-canaries\n");
3204                                 sgen_client_print_gc_debug_usage ();
3205                                 fprintf (stderr, "\n");
3206
3207                                 usage_printed = TRUE;
3208                         }
3209                 }
3210                 g_strfreev (opts);
3211         }
3212
3213         if (debug_opts)
3214                 g_free (debug_opts);
3215
3216         if (check_mark_bits_after_major_collection)
3217                 nursery_clear_policy = CLEAR_AT_GC;
3218
3219         if (major_collector.post_param_init)
3220                 major_collector.post_param_init (&major_collector);
3221
3222         if (major_collector.needs_thread_pool) {
3223                 int num_workers = 1;
3224                 if (major_collector.is_parallel) {
3225                         /* FIXME Detect the number of physical cores, instead of logical */
3226                         num_workers = mono_cpu_count () / 2;
3227                         if (num_workers < 1)
3228                                 num_workers = 1;
3229                 }
3230                 sgen_workers_init (num_workers, (SgenWorkerCallback) major_collector.worker_init_cb);
3231         }
3232
3233         sgen_memgov_init (max_heap, soft_limit, debug_print_allowance, allowance_ratio, save_target);
3234
3235         memset (&remset, 0, sizeof (remset));
3236
3237         sgen_card_table_init (&remset);
3238
3239         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");
3240
3241         gc_initialized = 1;
3242
3243         sgen_init_bridge ();
3244 }
3245
3246 gboolean
3247 sgen_gc_initialized ()
3248 {
3249         return gc_initialized > 0;
3250 }
3251
3252 NurseryClearPolicy
3253 sgen_get_nursery_clear_policy (void)
3254 {
3255         return nursery_clear_policy;
3256 }
3257
3258 void
3259 sgen_gc_lock (void)
3260 {
3261         mono_coop_mutex_lock (&gc_mutex);
3262 }
3263
3264 void
3265 sgen_gc_unlock (void)
3266 {
3267         mono_coop_mutex_unlock (&gc_mutex);
3268 }
3269
3270 void
3271 sgen_major_collector_iterate_live_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3272 {
3273         major_collector.iterate_live_block_ranges (callback);
3274 }
3275
3276 void
3277 sgen_major_collector_iterate_block_ranges (sgen_cardtable_block_callback callback)
3278 {
3279         major_collector.iterate_block_ranges (callback);
3280 }
3281
3282 SgenMajorCollector*
3283 sgen_get_major_collector (void)
3284 {
3285         return &major_collector;
3286 }
3287
3288 SgenRememberedSet*
3289 sgen_get_remset (void)
3290 {
3291         return &remset;
3292 }
3293
3294 static void
3295 count_cards (long long *major_total, long long *major_marked, long long *los_total, long long *los_marked)
3296 {
3297         sgen_get_major_collector ()->count_cards (major_total, major_marked);
3298         sgen_los_count_cards (los_total, los_marked);
3299 }
3300
3301 static gboolean world_is_stopped = FALSE;
3302
3303 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3304 void
3305 sgen_stop_world (int generation)
3306 {
3307         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3308
3309         SGEN_ASSERT (0, !world_is_stopped, "Why are we stopping a stopped world?");
3310
3311         binary_protocol_world_stopping (generation, sgen_timestamp (), (gpointer) (gsize) mono_native_thread_id_get ());
3312
3313         sgen_client_stop_world (generation);
3314
3315         world_is_stopped = TRUE;
3316
3317         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3318                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3319         binary_protocol_world_stopped (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3320 }
3321
3322 /* LOCKING: assumes the GC lock is held */
3323 void
3324 sgen_restart_world (int generation)
3325 {
3326         long long major_total = -1, major_marked = -1, los_total = -1, los_marked = -1;
3327         gint64 stw_time;
3328
3329         SGEN_ASSERT (0, world_is_stopped, "Why are we restarting a running world?");
3330
3331         if (binary_protocol_is_heavy_enabled ())
3332                 count_cards (&major_total, &major_marked, &los_total, &los_marked);
3333         binary_protocol_world_restarting (generation, sgen_timestamp (), major_total, major_marked, los_total, los_marked);
3334
3335         world_is_stopped = FALSE;
3336
3337         sgen_client_restart_world (generation, &stw_time);
3338
3339         binary_protocol_world_restarted (generation, sgen_timestamp ());
3340
3341         if (sgen_client_bridge_need_processing ())
3342                 sgen_client_bridge_processing_finish (generation);
3343
3344         sgen_memgov_collection_end (generation, stw_time);
3345 }
3346
3347 gboolean
3348 sgen_is_world_stopped (void)
3349 {
3350         return world_is_stopped;
3351 }
3352
3353 void
3354 sgen_check_whole_heap_stw (void)
3355 {
3356         sgen_stop_world (0);
3357         sgen_clear_nursery_fragments ();
3358         sgen_check_whole_heap (TRUE);
3359         sgen_restart_world (0);
3360 }
3361
3362 gint64
3363 sgen_timestamp (void)
3364 {
3365         SGEN_TV_DECLARE (timestamp);
3366         SGEN_TV_GETTIME (timestamp);
3367         return SGEN_TV_ELAPSED (sgen_init_timestamp, timestamp);
3368 }
3369
3370 #endif /* HAVE_SGEN_GC */