]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgc.go
[dev.boringcrypto] all: merge master into dev.boringcrypto
[gostls13.git] / src / runtime / mgc.go
1 // Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // Garbage collector (GC).
6 //
7 // The GC runs concurrently with mutator threads, is type accurate (aka precise), allows multiple
8 // GC thread to run in parallel. It is a concurrent mark and sweep that uses a write barrier. It is
9 // non-generational and non-compacting. Allocation is done using size segregated per P allocation
10 // areas to minimize fragmentation while eliminating locks in the common case.
11 //
12 // The algorithm decomposes into several steps.
13 // This is a high level description of the algorithm being used. For an overview of GC a good
14 // place to start is Richard Jones' gchandbook.org.
15 //
16 // The algorithm's intellectual heritage includes Dijkstra's on-the-fly algorithm, see
17 // Edsger W. Dijkstra, Leslie Lamport, A. J. Martin, C. S. Scholten, and E. F. M. Steffens. 1978.
18 // On-the-fly garbage collection: an exercise in cooperation. Commun. ACM 21, 11 (November 1978),
19 // 966-975.
20 // For journal quality proofs that these steps are complete, correct, and terminate see
21 // Hudson, R., and Moss, J.E.B. Copying Garbage Collection without stopping the world.
22 // Concurrency and Computation: Practice and Experience 15(3-5), 2003.
23 //
24 // 1. GC performs sweep termination.
25 //
26 //    a. Stop the world. This causes all Ps to reach a GC safe-point.
27 //
28 //    b. Sweep any unswept spans. There will only be unswept spans if
29 //    this GC cycle was forced before the expected time.
30 //
31 // 2. GC performs the mark phase.
32 //
33 //    a. Prepare for the mark phase by setting gcphase to _GCmark
34 //    (from _GCoff), enabling the write barrier, enabling mutator
35 //    assists, and enqueueing root mark jobs. No objects may be
36 //    scanned until all Ps have enabled the write barrier, which is
37 //    accomplished using STW.
38 //
39 //    b. Start the world. From this point, GC work is done by mark
40 //    workers started by the scheduler and by assists performed as
41 //    part of allocation. The write barrier shades both the
42 //    overwritten pointer and the new pointer value for any pointer
43 //    writes (see mbarrier.go for details). Newly allocated objects
44 //    are immediately marked black.
45 //
46 //    c. GC performs root marking jobs. This includes scanning all
47 //    stacks, shading all globals, and shading any heap pointers in
48 //    off-heap runtime data structures. Scanning a stack stops a
49 //    goroutine, shades any pointers found on its stack, and then
50 //    resumes the goroutine.
51 //
52 //    d. GC drains the work queue of grey objects, scanning each grey
53 //    object to black and shading all pointers found in the object
54 //    (which in turn may add those pointers to the work queue).
55 //
56 //    e. Because GC work is spread across local caches, GC uses a
57 //    distributed termination algorithm to detect when there are no
58 //    more root marking jobs or grey objects (see gcMarkDone). At this
59 //    point, GC transitions to mark termination.
60 //
61 // 3. GC performs mark termination.
62 //
63 //    a. Stop the world.
64 //
65 //    b. Set gcphase to _GCmarktermination, and disable workers and
66 //    assists.
67 //
68 //    c. Perform housekeeping like flushing mcaches.
69 //
70 // 4. GC performs the sweep phase.
71 //
72 //    a. Prepare for the sweep phase by setting gcphase to _GCoff,
73 //    setting up sweep state and disabling the write barrier.
74 //
75 //    b. Start the world. From this point on, newly allocated objects
76 //    are white, and allocating sweeps spans before use if necessary.
77 //
78 //    c. GC does concurrent sweeping in the background and in response
79 //    to allocation. See description below.
80 //
81 // 5. When sufficient allocation has taken place, replay the sequence
82 // starting with 1 above. See discussion of GC rate below.
83
84 // Concurrent sweep.
85 //
86 // The sweep phase proceeds concurrently with normal program execution.
87 // The heap is swept span-by-span both lazily (when a goroutine needs another span)
88 // and concurrently in a background goroutine (this helps programs that are not CPU bound).
89 // At the end of STW mark termination all spans are marked as "needs sweeping".
90 //
91 // The background sweeper goroutine simply sweeps spans one-by-one.
92 //
93 // To avoid requesting more OS memory while there are unswept spans, when a
94 // goroutine needs another span, it first attempts to reclaim that much memory
95 // by sweeping. When a goroutine needs to allocate a new small-object span, it
96 // sweeps small-object spans for the same object size until it frees at least
97 // one object. When a goroutine needs to allocate large-object span from heap,
98 // it sweeps spans until it frees at least that many pages into heap. There is
99 // one case where this may not suffice: if a goroutine sweeps and frees two
100 // nonadjacent one-page spans to the heap, it will allocate a new two-page
101 // span, but there can still be other one-page unswept spans which could be
102 // combined into a two-page span.
103 //
104 // It's critical to ensure that no operations proceed on unswept spans (that would corrupt
105 // mark bits in GC bitmap). During GC all mcaches are flushed into the central cache,
106 // so they are empty. When a goroutine grabs a new span into mcache, it sweeps it.
107 // When a goroutine explicitly frees an object or sets a finalizer, it ensures that
108 // the span is swept (either by sweeping it, or by waiting for the concurrent sweep to finish).
109 // The finalizer goroutine is kicked off only when all spans are swept.
110 // When the next GC starts, it sweeps all not-yet-swept spans (if any).
111
112 // GC rate.
113 // Next GC is after we've allocated an extra amount of memory proportional to
114 // the amount already in use. The proportion is controlled by GOGC environment variable
115 // (100 by default). If GOGC=100 and we're using 4M, we'll GC again when we get to 8M
116 // (this mark is tracked in gcController.heapGoal variable). This keeps the GC cost in
117 // linear proportion to the allocation cost. Adjusting GOGC just changes the linear constant
118 // (and also the amount of extra memory used).
119
120 // Oblets
121 //
122 // In order to prevent long pauses while scanning large objects and to
123 // improve parallelism, the garbage collector breaks up scan jobs for
124 // objects larger than maxObletBytes into "oblets" of at most
125 // maxObletBytes. When scanning encounters the beginning of a large
126 // object, it scans only the first oblet and enqueues the remaining
127 // oblets as new scan jobs.
128
129 package runtime
130
131 import (
132         "internal/cpu"
133         "runtime/internal/atomic"
134         "unsafe"
135 )
136
137 const (
138         _DebugGC         = 0
139         _ConcurrentSweep = true
140         _FinBlockSize    = 4 * 1024
141
142         // debugScanConservative enables debug logging for stack
143         // frames that are scanned conservatively.
144         debugScanConservative = false
145
146         // sweepMinHeapDistance is a lower bound on the heap distance
147         // (in bytes) reserved for concurrent sweeping between GC
148         // cycles.
149         sweepMinHeapDistance = 1024 * 1024
150 )
151
152 func gcinit() {
153         if unsafe.Sizeof(workbuf{}) != _WorkbufSize {
154                 throw("size of Workbuf is suboptimal")
155         }
156         // No sweep on the first cycle.
157         sweep.active.state.Store(sweepDrainedMask)
158
159         // Initialize GC pacer state.
160         // Use the environment variable GOGC for the initial gcPercent value.
161         gcController.init(readGOGC())
162
163         work.startSema = 1
164         work.markDoneSema = 1
165         lockInit(&work.sweepWaiters.lock, lockRankSweepWaiters)
166         lockInit(&work.assistQueue.lock, lockRankAssistQueue)
167         lockInit(&work.wbufSpans.lock, lockRankWbufSpans)
168 }
169
170 // gcenable is called after the bulk of the runtime initialization,
171 // just before we're about to start letting user code run.
172 // It kicks off the background sweeper goroutine, the background
173 // scavenger goroutine, and enables GC.
174 func gcenable() {
175         // Kick off sweeping and scavenging.
176         c := make(chan int, 2)
177         go bgsweep(c)
178         go bgscavenge(c)
179         <-c
180         <-c
181         memstats.enablegc = true // now that runtime is initialized, GC is okay
182 }
183
184 // Garbage collector phase.
185 // Indicates to write barrier and synchronization task to perform.
186 var gcphase uint32
187
188 // The compiler knows about this variable.
189 // If you change it, you must change builtin/runtime.go, too.
190 // If you change the first four bytes, you must also change the write
191 // barrier insertion code.
192 var writeBarrier struct {
193         enabled bool    // compiler emits a check of this before calling write barrier
194         pad     [3]byte // compiler uses 32-bit load for "enabled" field
195         needed  bool    // whether we need a write barrier for current GC phase
196         cgo     bool    // whether we need a write barrier for a cgo check
197         alignme uint64  // guarantee alignment so that compiler can use a 32 or 64-bit load
198 }
199
200 // gcBlackenEnabled is 1 if mutator assists and background mark
201 // workers are allowed to blacken objects. This must only be set when
202 // gcphase == _GCmark.
203 var gcBlackenEnabled uint32
204
205 const (
206         _GCoff             = iota // GC not running; sweeping in background, write barrier disabled
207         _GCmark                   // GC marking roots and workbufs: allocate black, write barrier ENABLED
208         _GCmarktermination        // GC mark termination: allocate black, P's help GC, write barrier ENABLED
209 )
210
211 //go:nosplit
212 func setGCPhase(x uint32) {
213         atomic.Store(&gcphase, x)
214         writeBarrier.needed = gcphase == _GCmark || gcphase == _GCmarktermination
215         writeBarrier.enabled = writeBarrier.needed || writeBarrier.cgo
216 }
217
218 // gcMarkWorkerMode represents the mode that a concurrent mark worker
219 // should operate in.
220 //
221 // Concurrent marking happens through four different mechanisms. One
222 // is mutator assists, which happen in response to allocations and are
223 // not scheduled. The other three are variations in the per-P mark
224 // workers and are distinguished by gcMarkWorkerMode.
225 type gcMarkWorkerMode int
226
227 const (
228         // gcMarkWorkerNotWorker indicates that the next scheduled G is not
229         // starting work and the mode should be ignored.
230         gcMarkWorkerNotWorker gcMarkWorkerMode = iota
231
232         // gcMarkWorkerDedicatedMode indicates that the P of a mark
233         // worker is dedicated to running that mark worker. The mark
234         // worker should run without preemption.
235         gcMarkWorkerDedicatedMode
236
237         // gcMarkWorkerFractionalMode indicates that a P is currently
238         // running the "fractional" mark worker. The fractional worker
239         // is necessary when GOMAXPROCS*gcBackgroundUtilization is not
240         // an integer and using only dedicated workers would result in
241         // utilization too far from the target of gcBackgroundUtilization.
242         // The fractional worker should run until it is preempted and
243         // will be scheduled to pick up the fractional part of
244         // GOMAXPROCS*gcBackgroundUtilization.
245         gcMarkWorkerFractionalMode
246
247         // gcMarkWorkerIdleMode indicates that a P is running the mark
248         // worker because it has nothing else to do. The idle worker
249         // should run until it is preempted and account its time
250         // against gcController.idleMarkTime.
251         gcMarkWorkerIdleMode
252 )
253
254 // gcMarkWorkerModeStrings are the strings labels of gcMarkWorkerModes
255 // to use in execution traces.
256 var gcMarkWorkerModeStrings = [...]string{
257         "Not worker",
258         "GC (dedicated)",
259         "GC (fractional)",
260         "GC (idle)",
261 }
262
263 // pollFractionalWorkerExit reports whether a fractional mark worker
264 // should self-preempt. It assumes it is called from the fractional
265 // worker.
266 func pollFractionalWorkerExit() bool {
267         // This should be kept in sync with the fractional worker
268         // scheduler logic in findRunnableGCWorker.
269         now := nanotime()
270         delta := now - gcController.markStartTime
271         if delta <= 0 {
272                 return true
273         }
274         p := getg().m.p.ptr()
275         selfTime := p.gcFractionalMarkTime + (now - p.gcMarkWorkerStartTime)
276         // Add some slack to the utilization goal so that the
277         // fractional worker isn't behind again the instant it exits.
278         return float64(selfTime)/float64(delta) > 1.2*gcController.fractionalUtilizationGoal
279 }
280
281 var work struct {
282         full  lfstack          // lock-free list of full blocks workbuf
283         empty lfstack          // lock-free list of empty blocks workbuf
284         pad0  cpu.CacheLinePad // prevents false-sharing between full/empty and nproc/nwait
285
286         wbufSpans struct {
287                 lock mutex
288                 // free is a list of spans dedicated to workbufs, but
289                 // that don't currently contain any workbufs.
290                 free mSpanList
291                 // busy is a list of all spans containing workbufs on
292                 // one of the workbuf lists.
293                 busy mSpanList
294         }
295
296         // Restore 64-bit alignment on 32-bit.
297         _ uint32
298
299         // bytesMarked is the number of bytes marked this cycle. This
300         // includes bytes blackened in scanned objects, noscan objects
301         // that go straight to black, and permagrey objects scanned by
302         // markroot during the concurrent scan phase. This is updated
303         // atomically during the cycle. Updates may be batched
304         // arbitrarily, since the value is only read at the end of the
305         // cycle.
306         //
307         // Because of benign races during marking, this number may not
308         // be the exact number of marked bytes, but it should be very
309         // close.
310         //
311         // Put this field here because it needs 64-bit atomic access
312         // (and thus 8-byte alignment even on 32-bit architectures).
313         bytesMarked uint64
314
315         markrootNext uint32 // next markroot job
316         markrootJobs uint32 // number of markroot jobs
317
318         nproc  uint32
319         tstart int64
320         nwait  uint32
321
322         // Number of roots of various root types. Set by gcMarkRootPrepare.
323         //
324         // nStackRoots == len(stackRoots), but we have nStackRoots for
325         // consistency.
326         nDataRoots, nBSSRoots, nSpanRoots, nStackRoots int
327
328         // Base indexes of each root type. Set by gcMarkRootPrepare.
329         baseData, baseBSS, baseSpans, baseStacks, baseEnd uint32
330
331         // stackRoots is a snapshot of all of the Gs that existed
332         // before the beginning of concurrent marking. The backing
333         // store of this must not be modified because it might be
334         // shared with allgs.
335         stackRoots []*g
336
337         // Each type of GC state transition is protected by a lock.
338         // Since multiple threads can simultaneously detect the state
339         // transition condition, any thread that detects a transition
340         // condition must acquire the appropriate transition lock,
341         // re-check the transition condition and return if it no
342         // longer holds or perform the transition if it does.
343         // Likewise, any transition must invalidate the transition
344         // condition before releasing the lock. This ensures that each
345         // transition is performed by exactly one thread and threads
346         // that need the transition to happen block until it has
347         // happened.
348         //
349         // startSema protects the transition from "off" to mark or
350         // mark termination.
351         startSema uint32
352         // markDoneSema protects transitions from mark to mark termination.
353         markDoneSema uint32
354
355         bgMarkReady note   // signal background mark worker has started
356         bgMarkDone  uint32 // cas to 1 when at a background mark completion point
357         // Background mark completion signaling
358
359         // mode is the concurrency mode of the current GC cycle.
360         mode gcMode
361
362         // userForced indicates the current GC cycle was forced by an
363         // explicit user call.
364         userForced bool
365
366         // totaltime is the CPU nanoseconds spent in GC since the
367         // program started if debug.gctrace > 0.
368         totaltime int64
369
370         // initialHeapLive is the value of gcController.heapLive at the
371         // beginning of this GC cycle.
372         initialHeapLive uint64
373
374         // assistQueue is a queue of assists that are blocked because
375         // there was neither enough credit to steal or enough work to
376         // do.
377         assistQueue struct {
378                 lock mutex
379                 q    gQueue
380         }
381
382         // sweepWaiters is a list of blocked goroutines to wake when
383         // we transition from mark termination to sweep.
384         sweepWaiters struct {
385                 lock mutex
386                 list gList
387         }
388
389         // cycles is the number of completed GC cycles, where a GC
390         // cycle is sweep termination, mark, mark termination, and
391         // sweep. This differs from memstats.numgc, which is
392         // incremented at mark termination.
393         cycles uint32
394
395         // Timing/utilization stats for this cycle.
396         stwprocs, maxprocs                 int32
397         tSweepTerm, tMark, tMarkTerm, tEnd int64 // nanotime() of phase start
398
399         pauseNS    int64 // total STW time this cycle
400         pauseStart int64 // nanotime() of last STW
401
402         // debug.gctrace heap sizes for this cycle.
403         heap0, heap1, heap2, heapGoal uint64
404 }
405
406 // GC runs a garbage collection and blocks the caller until the
407 // garbage collection is complete. It may also block the entire
408 // program.
409 func GC() {
410         // We consider a cycle to be: sweep termination, mark, mark
411         // termination, and sweep. This function shouldn't return
412         // until a full cycle has been completed, from beginning to
413         // end. Hence, we always want to finish up the current cycle
414         // and start a new one. That means:
415         //
416         // 1. In sweep termination, mark, or mark termination of cycle
417         // N, wait until mark termination N completes and transitions
418         // to sweep N.
419         //
420         // 2. In sweep N, help with sweep N.
421         //
422         // At this point we can begin a full cycle N+1.
423         //
424         // 3. Trigger cycle N+1 by starting sweep termination N+1.
425         //
426         // 4. Wait for mark termination N+1 to complete.
427         //
428         // 5. Help with sweep N+1 until it's done.
429         //
430         // This all has to be written to deal with the fact that the
431         // GC may move ahead on its own. For example, when we block
432         // until mark termination N, we may wake up in cycle N+2.
433
434         // Wait until the current sweep termination, mark, and mark
435         // termination complete.
436         n := atomic.Load(&work.cycles)
437         gcWaitOnMark(n)
438
439         // We're now in sweep N or later. Trigger GC cycle N+1, which
440         // will first finish sweep N if necessary and then enter sweep
441         // termination N+1.
442         gcStart(gcTrigger{kind: gcTriggerCycle, n: n + 1})
443
444         // Wait for mark termination N+1 to complete.
445         gcWaitOnMark(n + 1)
446
447         // Finish sweep N+1 before returning. We do this both to
448         // complete the cycle and because runtime.GC() is often used
449         // as part of tests and benchmarks to get the system into a
450         // relatively stable and isolated state.
451         for atomic.Load(&work.cycles) == n+1 && sweepone() != ^uintptr(0) {
452                 sweep.nbgsweep++
453                 Gosched()
454         }
455
456         // Callers may assume that the heap profile reflects the
457         // just-completed cycle when this returns (historically this
458         // happened because this was a STW GC), but right now the
459         // profile still reflects mark termination N, not N+1.
460         //
461         // As soon as all of the sweep frees from cycle N+1 are done,
462         // we can go ahead and publish the heap profile.
463         //
464         // First, wait for sweeping to finish. (We know there are no
465         // more spans on the sweep queue, but we may be concurrently
466         // sweeping spans, so we have to wait.)
467         for atomic.Load(&work.cycles) == n+1 && !isSweepDone() {
468                 Gosched()
469         }
470
471         // Now we're really done with sweeping, so we can publish the
472         // stable heap profile. Only do this if we haven't already hit
473         // another mark termination.
474         mp := acquirem()
475         cycle := atomic.Load(&work.cycles)
476         if cycle == n+1 || (gcphase == _GCmark && cycle == n+2) {
477                 mProf_PostSweep()
478         }
479         releasem(mp)
480 }
481
482 // gcWaitOnMark blocks until GC finishes the Nth mark phase. If GC has
483 // already completed this mark phase, it returns immediately.
484 func gcWaitOnMark(n uint32) {
485         for {
486                 // Disable phase transitions.
487                 lock(&work.sweepWaiters.lock)
488                 nMarks := atomic.Load(&work.cycles)
489                 if gcphase != _GCmark {
490                         // We've already completed this cycle's mark.
491                         nMarks++
492                 }
493                 if nMarks > n {
494                         // We're done.
495                         unlock(&work.sweepWaiters.lock)
496                         return
497                 }
498
499                 // Wait until sweep termination, mark, and mark
500                 // termination of cycle N complete.
501                 work.sweepWaiters.list.push(getg())
502                 goparkunlock(&work.sweepWaiters.lock, waitReasonWaitForGCCycle, traceEvGoBlock, 1)
503         }
504 }
505
506 // gcMode indicates how concurrent a GC cycle should be.
507 type gcMode int
508
509 const (
510         gcBackgroundMode gcMode = iota // concurrent GC and sweep
511         gcForceMode                    // stop-the-world GC now, concurrent sweep
512         gcForceBlockMode               // stop-the-world GC now and STW sweep (forced by user)
513 )
514
515 // A gcTrigger is a predicate for starting a GC cycle. Specifically,
516 // it is an exit condition for the _GCoff phase.
517 type gcTrigger struct {
518         kind gcTriggerKind
519         now  int64  // gcTriggerTime: current time
520         n    uint32 // gcTriggerCycle: cycle number to start
521 }
522
523 type gcTriggerKind int
524
525 const (
526         // gcTriggerHeap indicates that a cycle should be started when
527         // the heap size reaches the trigger heap size computed by the
528         // controller.
529         gcTriggerHeap gcTriggerKind = iota
530
531         // gcTriggerTime indicates that a cycle should be started when
532         // it's been more than forcegcperiod nanoseconds since the
533         // previous GC cycle.
534         gcTriggerTime
535
536         // gcTriggerCycle indicates that a cycle should be started if
537         // we have not yet started cycle number gcTrigger.n (relative
538         // to work.cycles).
539         gcTriggerCycle
540 )
541
542 // test reports whether the trigger condition is satisfied, meaning
543 // that the exit condition for the _GCoff phase has been met. The exit
544 // condition should be tested when allocating.
545 func (t gcTrigger) test() bool {
546         if !memstats.enablegc || panicking != 0 || gcphase != _GCoff {
547                 return false
548         }
549         switch t.kind {
550         case gcTriggerHeap:
551                 // Non-atomic access to gcController.heapLive for performance. If
552                 // we are going to trigger on this, this thread just
553                 // atomically wrote gcController.heapLive anyway and we'll see our
554                 // own write.
555                 return gcController.heapLive >= gcController.trigger
556         case gcTriggerTime:
557                 if gcController.gcPercent.Load() < 0 {
558                         return false
559                 }
560                 lastgc := int64(atomic.Load64(&memstats.last_gc_nanotime))
561                 return lastgc != 0 && t.now-lastgc > forcegcperiod
562         case gcTriggerCycle:
563                 // t.n > work.cycles, but accounting for wraparound.
564                 return int32(t.n-work.cycles) > 0
565         }
566         return true
567 }
568
569 // gcStart starts the GC. It transitions from _GCoff to _GCmark (if
570 // debug.gcstoptheworld == 0) or performs all of GC (if
571 // debug.gcstoptheworld != 0).
572 //
573 // This may return without performing this transition in some cases,
574 // such as when called on a system stack or with locks held.
575 func gcStart(trigger gcTrigger) {
576         // Since this is called from malloc and malloc is called in
577         // the guts of a number of libraries that might be holding
578         // locks, don't attempt to start GC in non-preemptible or
579         // potentially unstable situations.
580         mp := acquirem()
581         if gp := getg(); gp == mp.g0 || mp.locks > 1 || mp.preemptoff != "" {
582                 releasem(mp)
583                 return
584         }
585         releasem(mp)
586         mp = nil
587
588         // Pick up the remaining unswept/not being swept spans concurrently
589         //
590         // This shouldn't happen if we're being invoked in background
591         // mode since proportional sweep should have just finished
592         // sweeping everything, but rounding errors, etc, may leave a
593         // few spans unswept. In forced mode, this is necessary since
594         // GC can be forced at any point in the sweeping cycle.
595         //
596         // We check the transition condition continuously here in case
597         // this G gets delayed in to the next GC cycle.
598         for trigger.test() && sweepone() != ^uintptr(0) {
599                 sweep.nbgsweep++
600         }
601
602         // Perform GC initialization and the sweep termination
603         // transition.
604         semacquire(&work.startSema)
605         // Re-check transition condition under transition lock.
606         if !trigger.test() {
607                 semrelease(&work.startSema)
608                 return
609         }
610
611         // For stats, check if this GC was forced by the user.
612         work.userForced = trigger.kind == gcTriggerCycle
613
614         // In gcstoptheworld debug mode, upgrade the mode accordingly.
615         // We do this after re-checking the transition condition so
616         // that multiple goroutines that detect the heap trigger don't
617         // start multiple STW GCs.
618         mode := gcBackgroundMode
619         if debug.gcstoptheworld == 1 {
620                 mode = gcForceMode
621         } else if debug.gcstoptheworld == 2 {
622                 mode = gcForceBlockMode
623         }
624
625         // Ok, we're doing it! Stop everybody else
626         semacquire(&gcsema)
627         semacquire(&worldsema)
628
629         if trace.enabled {
630                 traceGCStart()
631         }
632
633         // Check that all Ps have finished deferred mcache flushes.
634         for _, p := range allp {
635                 if fg := atomic.Load(&p.mcache.flushGen); fg != mheap_.sweepgen {
636                         println("runtime: p", p.id, "flushGen", fg, "!= sweepgen", mheap_.sweepgen)
637                         throw("p mcache not flushed")
638                 }
639         }
640
641         gcBgMarkStartWorkers()
642
643         systemstack(gcResetMarkState)
644
645         work.stwprocs, work.maxprocs = gomaxprocs, gomaxprocs
646         if work.stwprocs > ncpu {
647                 // This is used to compute CPU time of the STW phases,
648                 // so it can't be more than ncpu, even if GOMAXPROCS is.
649                 work.stwprocs = ncpu
650         }
651         work.heap0 = atomic.Load64(&gcController.heapLive)
652         work.pauseNS = 0
653         work.mode = mode
654
655         now := nanotime()
656         work.tSweepTerm = now
657         work.pauseStart = now
658         if trace.enabled {
659                 traceGCSTWStart(1)
660         }
661         systemstack(stopTheWorldWithSema)
662         // Finish sweep before we start concurrent scan.
663         systemstack(func() {
664                 finishsweep_m()
665         })
666
667         // clearpools before we start the GC. If we wait they memory will not be
668         // reclaimed until the next GC cycle.
669         clearpools()
670
671         work.cycles++
672
673         // Assists and workers can start the moment we start
674         // the world.
675         gcController.startCycle(now, int(gomaxprocs), trigger)
676         work.heapGoal = gcController.heapGoal
677
678         // In STW mode, disable scheduling of user Gs. This may also
679         // disable scheduling of this goroutine, so it may block as
680         // soon as we start the world again.
681         if mode != gcBackgroundMode {
682                 schedEnableUser(false)
683         }
684
685         // Enter concurrent mark phase and enable
686         // write barriers.
687         //
688         // Because the world is stopped, all Ps will
689         // observe that write barriers are enabled by
690         // the time we start the world and begin
691         // scanning.
692         //
693         // Write barriers must be enabled before assists are
694         // enabled because they must be enabled before
695         // any non-leaf heap objects are marked. Since
696         // allocations are blocked until assists can
697         // happen, we want enable assists as early as
698         // possible.
699         setGCPhase(_GCmark)
700
701         gcBgMarkPrepare() // Must happen before assist enable.
702         gcMarkRootPrepare()
703
704         // Mark all active tinyalloc blocks. Since we're
705         // allocating from these, they need to be black like
706         // other allocations. The alternative is to blacken
707         // the tiny block on every allocation from it, which
708         // would slow down the tiny allocator.
709         gcMarkTinyAllocs()
710
711         // At this point all Ps have enabled the write
712         // barrier, thus maintaining the no white to
713         // black invariant. Enable mutator assists to
714         // put back-pressure on fast allocating
715         // mutators.
716         atomic.Store(&gcBlackenEnabled, 1)
717
718         // In STW mode, we could block the instant systemstack
719         // returns, so make sure we're not preemptible.
720         mp = acquirem()
721
722         // Concurrent mark.
723         systemstack(func() {
724                 now = startTheWorldWithSema(trace.enabled)
725                 work.pauseNS += now - work.pauseStart
726                 work.tMark = now
727                 memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
728         })
729
730         // Release the world sema before Gosched() in STW mode
731         // because we will need to reacquire it later but before
732         // this goroutine becomes runnable again, and we could
733         // self-deadlock otherwise.
734         semrelease(&worldsema)
735         releasem(mp)
736
737         // Make sure we block instead of returning to user code
738         // in STW mode.
739         if mode != gcBackgroundMode {
740                 Gosched()
741         }
742
743         semrelease(&work.startSema)
744 }
745
746 // gcMarkDoneFlushed counts the number of P's with flushed work.
747 //
748 // Ideally this would be a captured local in gcMarkDone, but forEachP
749 // escapes its callback closure, so it can't capture anything.
750 //
751 // This is protected by markDoneSema.
752 var gcMarkDoneFlushed uint32
753
754 // gcMarkDone transitions the GC from mark to mark termination if all
755 // reachable objects have been marked (that is, there are no grey
756 // objects and can be no more in the future). Otherwise, it flushes
757 // all local work to the global queues where it can be discovered by
758 // other workers.
759 //
760 // This should be called when all local mark work has been drained and
761 // there are no remaining workers. Specifically, when
762 //
763 //      work.nwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(p)
764 //
765 // The calling context must be preemptible.
766 //
767 // Flushing local work is important because idle Ps may have local
768 // work queued. This is the only way to make that work visible and
769 // drive GC to completion.
770 //
771 // It is explicitly okay to have write barriers in this function. If
772 // it does transition to mark termination, then all reachable objects
773 // have been marked, so the write barrier cannot shade any more
774 // objects.
775 func gcMarkDone() {
776         // Ensure only one thread is running the ragged barrier at a
777         // time.
778         semacquire(&work.markDoneSema)
779
780 top:
781         // Re-check transition condition under transition lock.
782         //
783         // It's critical that this checks the global work queues are
784         // empty before performing the ragged barrier. Otherwise,
785         // there could be global work that a P could take after the P
786         // has passed the ragged barrier.
787         if !(gcphase == _GCmark && work.nwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(nil)) {
788                 semrelease(&work.markDoneSema)
789                 return
790         }
791
792         // forEachP needs worldsema to execute, and we'll need it to
793         // stop the world later, so acquire worldsema now.
794         semacquire(&worldsema)
795
796         // Flush all local buffers and collect flushedWork flags.
797         gcMarkDoneFlushed = 0
798         systemstack(func() {
799                 gp := getg().m.curg
800                 // Mark the user stack as preemptible so that it may be scanned.
801                 // Otherwise, our attempt to force all P's to a safepoint could
802                 // result in a deadlock as we attempt to preempt a worker that's
803                 // trying to preempt us (e.g. for a stack scan).
804                 casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
805                 forEachP(func(_p_ *p) {
806                         // Flush the write barrier buffer, since this may add
807                         // work to the gcWork.
808                         wbBufFlush1(_p_)
809
810                         // Flush the gcWork, since this may create global work
811                         // and set the flushedWork flag.
812                         //
813                         // TODO(austin): Break up these workbufs to
814                         // better distribute work.
815                         _p_.gcw.dispose()
816                         // Collect the flushedWork flag.
817                         if _p_.gcw.flushedWork {
818                                 atomic.Xadd(&gcMarkDoneFlushed, 1)
819                                 _p_.gcw.flushedWork = false
820                         }
821                 })
822                 casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
823         })
824
825         if gcMarkDoneFlushed != 0 {
826                 // More grey objects were discovered since the
827                 // previous termination check, so there may be more
828                 // work to do. Keep going. It's possible the
829                 // transition condition became true again during the
830                 // ragged barrier, so re-check it.
831                 semrelease(&worldsema)
832                 goto top
833         }
834
835         // There was no global work, no local work, and no Ps
836         // communicated work since we took markDoneSema. Therefore
837         // there are no grey objects and no more objects can be
838         // shaded. Transition to mark termination.
839         now := nanotime()
840         work.tMarkTerm = now
841         work.pauseStart = now
842         getg().m.preemptoff = "gcing"
843         if trace.enabled {
844                 traceGCSTWStart(0)
845         }
846         systemstack(stopTheWorldWithSema)
847         // The gcphase is _GCmark, it will transition to _GCmarktermination
848         // below. The important thing is that the wb remains active until
849         // all marking is complete. This includes writes made by the GC.
850
851         // There is sometimes work left over when we enter mark termination due
852         // to write barriers performed after the completion barrier above.
853         // Detect this and resume concurrent mark. This is obviously
854         // unfortunate.
855         //
856         // See issue #27993 for details.
857         //
858         // Switch to the system stack to call wbBufFlush1, though in this case
859         // it doesn't matter because we're non-preemptible anyway.
860         restart := false
861         systemstack(func() {
862                 for _, p := range allp {
863                         wbBufFlush1(p)
864                         if !p.gcw.empty() {
865                                 restart = true
866                                 break
867                         }
868                 }
869         })
870         if restart {
871                 getg().m.preemptoff = ""
872                 systemstack(func() {
873                         now := startTheWorldWithSema(true)
874                         work.pauseNS += now - work.pauseStart
875                         memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
876                 })
877                 semrelease(&worldsema)
878                 goto top
879         }
880
881         // Disable assists and background workers. We must do
882         // this before waking blocked assists.
883         atomic.Store(&gcBlackenEnabled, 0)
884
885         // Wake all blocked assists. These will run when we
886         // start the world again.
887         gcWakeAllAssists()
888
889         // Likewise, release the transition lock. Blocked
890         // workers and assists will run when we start the
891         // world again.
892         semrelease(&work.markDoneSema)
893
894         // In STW mode, re-enable user goroutines. These will be
895         // queued to run after we start the world.
896         schedEnableUser(true)
897
898         // endCycle depends on all gcWork cache stats being flushed.
899         // The termination algorithm above ensured that up to
900         // allocations since the ragged barrier.
901         gcController.endCycle(now, int(gomaxprocs), work.userForced)
902
903         // Perform mark termination. This will restart the world.
904         gcMarkTermination()
905 }
906
907 // World must be stopped and mark assists and background workers must be
908 // disabled.
909 func gcMarkTermination() {
910         // Start marktermination (write barrier remains enabled for now).
911         setGCPhase(_GCmarktermination)
912
913         work.heap1 = gcController.heapLive
914         startTime := nanotime()
915
916         mp := acquirem()
917         mp.preemptoff = "gcing"
918         _g_ := getg()
919         _g_.m.traceback = 2
920         gp := _g_.m.curg
921         casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
922         gp.waitreason = waitReasonGarbageCollection
923
924         // Run gc on the g0 stack. We do this so that the g stack
925         // we're currently running on will no longer change. Cuts
926         // the root set down a bit (g0 stacks are not scanned, and
927         // we don't need to scan gc's internal state).  We also
928         // need to switch to g0 so we can shrink the stack.
929         systemstack(func() {
930                 gcMark(startTime)
931                 // Must return immediately.
932                 // The outer function's stack may have moved
933                 // during gcMark (it shrinks stacks, including the
934                 // outer function's stack), so we must not refer
935                 // to any of its variables. Return back to the
936                 // non-system stack to pick up the new addresses
937                 // before continuing.
938         })
939
940         systemstack(func() {
941                 work.heap2 = work.bytesMarked
942                 if debug.gccheckmark > 0 {
943                         // Run a full non-parallel, stop-the-world
944                         // mark using checkmark bits, to check that we
945                         // didn't forget to mark anything during the
946                         // concurrent mark process.
947                         startCheckmarks()
948                         gcResetMarkState()
949                         gcw := &getg().m.p.ptr().gcw
950                         gcDrain(gcw, 0)
951                         wbBufFlush1(getg().m.p.ptr())
952                         gcw.dispose()
953                         endCheckmarks()
954                 }
955
956                 // marking is complete so we can turn the write barrier off
957                 setGCPhase(_GCoff)
958                 gcSweep(work.mode)
959         })
960
961         _g_.m.traceback = 0
962         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
963
964         if trace.enabled {
965                 traceGCDone()
966         }
967
968         // all done
969         mp.preemptoff = ""
970
971         if gcphase != _GCoff {
972                 throw("gc done but gcphase != _GCoff")
973         }
974
975         // Record heap_inuse for scavenger.
976         memstats.last_heap_inuse = memstats.heap_inuse
977
978         // Update GC trigger and pacing for the next cycle.
979         gcController.commit()
980         gcPaceSweeper(gcController.trigger)
981         gcPaceScavenger(gcController.heapGoal, gcController.lastHeapGoal)
982
983         // Update timing memstats
984         now := nanotime()
985         sec, nsec, _ := time_now()
986         unixNow := sec*1e9 + int64(nsec)
987         work.pauseNS += now - work.pauseStart
988         work.tEnd = now
989         memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
990         atomic.Store64(&memstats.last_gc_unix, uint64(unixNow)) // must be Unix time to make sense to user
991         atomic.Store64(&memstats.last_gc_nanotime, uint64(now)) // monotonic time for us
992         memstats.pause_ns[memstats.numgc%uint32(len(memstats.pause_ns))] = uint64(work.pauseNS)
993         memstats.pause_end[memstats.numgc%uint32(len(memstats.pause_end))] = uint64(unixNow)
994         memstats.pause_total_ns += uint64(work.pauseNS)
995
996         // Update work.totaltime.
997         sweepTermCpu := int64(work.stwprocs) * (work.tMark - work.tSweepTerm)
998         // We report idle marking time below, but omit it from the
999         // overall utilization here since it's "free".
1000         markCpu := gcController.assistTime + gcController.dedicatedMarkTime + gcController.fractionalMarkTime
1001         markTermCpu := int64(work.stwprocs) * (work.tEnd - work.tMarkTerm)
1002         cycleCpu := sweepTermCpu + markCpu + markTermCpu
1003         work.totaltime += cycleCpu
1004
1005         // Compute overall GC CPU utilization.
1006         totalCpu := sched.totaltime + (now-sched.procresizetime)*int64(gomaxprocs)
1007         memstats.gc_cpu_fraction = float64(work.totaltime) / float64(totalCpu)
1008
1009         // Reset sweep state.
1010         sweep.nbgsweep = 0
1011         sweep.npausesweep = 0
1012
1013         if work.userForced {
1014                 memstats.numforcedgc++
1015         }
1016
1017         // Bump GC cycle count and wake goroutines waiting on sweep.
1018         lock(&work.sweepWaiters.lock)
1019         memstats.numgc++
1020         injectglist(&work.sweepWaiters.list)
1021         unlock(&work.sweepWaiters.lock)
1022
1023         // Finish the current heap profiling cycle and start a new
1024         // heap profiling cycle. We do this before starting the world
1025         // so events don't leak into the wrong cycle.
1026         mProf_NextCycle()
1027
1028         // There may be stale spans in mcaches that need to be swept.
1029         // Those aren't tracked in any sweep lists, so we need to
1030         // count them against sweep completion until we ensure all
1031         // those spans have been forced out.
1032         sl := sweep.active.begin()
1033         if !sl.valid {
1034                 throw("failed to set sweep barrier")
1035         }
1036
1037         systemstack(func() { startTheWorldWithSema(true) })
1038
1039         // Flush the heap profile so we can start a new cycle next GC.
1040         // This is relatively expensive, so we don't do it with the
1041         // world stopped.
1042         mProf_Flush()
1043
1044         // Prepare workbufs for freeing by the sweeper. We do this
1045         // asynchronously because it can take non-trivial time.
1046         prepareFreeWorkbufs()
1047
1048         // Free stack spans. This must be done between GC cycles.
1049         systemstack(freeStackSpans)
1050
1051         // Ensure all mcaches are flushed. Each P will flush its own
1052         // mcache before allocating, but idle Ps may not. Since this
1053         // is necessary to sweep all spans, we need to ensure all
1054         // mcaches are flushed before we start the next GC cycle.
1055         systemstack(func() {
1056                 forEachP(func(_p_ *p) {
1057                         _p_.mcache.prepareForSweep()
1058                 })
1059         })
1060         // Now that we've swept stale spans in mcaches, they don't
1061         // count against unswept spans.
1062         sweep.active.end(sl)
1063
1064         // Print gctrace before dropping worldsema. As soon as we drop
1065         // worldsema another cycle could start and smash the stats
1066         // we're trying to print.
1067         if debug.gctrace > 0 {
1068                 util := int(memstats.gc_cpu_fraction * 100)
1069
1070                 var sbuf [24]byte
1071                 printlock()
1072                 print("gc ", memstats.numgc,
1073                         " @", string(itoaDiv(sbuf[:], uint64(work.tSweepTerm-runtimeInitTime)/1e6, 3)), "s ",
1074                         util, "%: ")
1075                 prev := work.tSweepTerm
1076                 for i, ns := range []int64{work.tMark, work.tMarkTerm, work.tEnd} {
1077                         if i != 0 {
1078                                 print("+")
1079                         }
1080                         print(string(fmtNSAsMS(sbuf[:], uint64(ns-prev))))
1081                         prev = ns
1082                 }
1083                 print(" ms clock, ")
1084                 for i, ns := range []int64{sweepTermCpu, gcController.assistTime, gcController.dedicatedMarkTime + gcController.fractionalMarkTime, gcController.idleMarkTime, markTermCpu} {
1085                         if i == 2 || i == 3 {
1086                                 // Separate mark time components with /.
1087                                 print("/")
1088                         } else if i != 0 {
1089                                 print("+")
1090                         }
1091                         print(string(fmtNSAsMS(sbuf[:], uint64(ns))))
1092                 }
1093                 print(" ms cpu, ",
1094                         work.heap0>>20, "->", work.heap1>>20, "->", work.heap2>>20, " MB, ",
1095                         work.heapGoal>>20, " MB goal, ",
1096                         gcController.stackScan>>20, " MB stacks, ",
1097                         gcController.globalsScan>>20, " MB globals, ",
1098                         work.maxprocs, " P")
1099                 if work.userForced {
1100                         print(" (forced)")
1101                 }
1102                 print("\n")
1103                 printunlock()
1104         }
1105
1106         semrelease(&worldsema)
1107         semrelease(&gcsema)
1108         // Careful: another GC cycle may start now.
1109
1110         releasem(mp)
1111         mp = nil
1112
1113         // now that gc is done, kick off finalizer thread if needed
1114         if !concurrentSweep {
1115                 // give the queued finalizers, if any, a chance to run
1116                 Gosched()
1117         }
1118 }
1119
1120 // gcBgMarkStartWorkers prepares background mark worker goroutines. These
1121 // goroutines will not run until the mark phase, but they must be started while
1122 // the work is not stopped and from a regular G stack. The caller must hold
1123 // worldsema.
1124 func gcBgMarkStartWorkers() {
1125         // Background marking is performed by per-P G's. Ensure that each P has
1126         // a background GC G.
1127         //
1128         // Worker Gs don't exit if gomaxprocs is reduced. If it is raised
1129         // again, we can reuse the old workers; no need to create new workers.
1130         for gcBgMarkWorkerCount < gomaxprocs {
1131                 go gcBgMarkWorker()
1132
1133                 notetsleepg(&work.bgMarkReady, -1)
1134                 noteclear(&work.bgMarkReady)
1135                 // The worker is now guaranteed to be added to the pool before
1136                 // its P's next findRunnableGCWorker.
1137
1138                 gcBgMarkWorkerCount++
1139         }
1140 }
1141
1142 // gcBgMarkPrepare sets up state for background marking.
1143 // Mutator assists must not yet be enabled.
1144 func gcBgMarkPrepare() {
1145         // Background marking will stop when the work queues are empty
1146         // and there are no more workers (note that, since this is
1147         // concurrent, this may be a transient state, but mark
1148         // termination will clean it up). Between background workers
1149         // and assists, we don't really know how many workers there
1150         // will be, so we pretend to have an arbitrarily large number
1151         // of workers, almost all of which are "waiting". While a
1152         // worker is working it decrements nwait. If nproc == nwait,
1153         // there are no workers.
1154         work.nproc = ^uint32(0)
1155         work.nwait = ^uint32(0)
1156 }
1157
1158 // gcBgMarkWorker is an entry in the gcBgMarkWorkerPool. It points to a single
1159 // gcBgMarkWorker goroutine.
1160 type gcBgMarkWorkerNode struct {
1161         // Unused workers are managed in a lock-free stack. This field must be first.
1162         node lfnode
1163
1164         // The g of this worker.
1165         gp guintptr
1166
1167         // Release this m on park. This is used to communicate with the unlock
1168         // function, which cannot access the G's stack. It is unused outside of
1169         // gcBgMarkWorker().
1170         m muintptr
1171 }
1172
1173 func gcBgMarkWorker() {
1174         gp := getg()
1175
1176         // We pass node to a gopark unlock function, so it can't be on
1177         // the stack (see gopark). Prevent deadlock from recursively
1178         // starting GC by disabling preemption.
1179         gp.m.preemptoff = "GC worker init"
1180         node := new(gcBgMarkWorkerNode)
1181         gp.m.preemptoff = ""
1182
1183         node.gp.set(gp)
1184
1185         node.m.set(acquirem())
1186         notewakeup(&work.bgMarkReady)
1187         // After this point, the background mark worker is generally scheduled
1188         // cooperatively by gcController.findRunnableGCWorker. While performing
1189         // work on the P, preemption is disabled because we are working on
1190         // P-local work buffers. When the preempt flag is set, this puts itself
1191         // into _Gwaiting to be woken up by gcController.findRunnableGCWorker
1192         // at the appropriate time.
1193         //
1194         // When preemption is enabled (e.g., while in gcMarkDone), this worker
1195         // may be preempted and schedule as a _Grunnable G from a runq. That is
1196         // fine; it will eventually gopark again for further scheduling via
1197         // findRunnableGCWorker.
1198         //
1199         // Since we disable preemption before notifying bgMarkReady, we
1200         // guarantee that this G will be in the worker pool for the next
1201         // findRunnableGCWorker. This isn't strictly necessary, but it reduces
1202         // latency between _GCmark starting and the workers starting.
1203
1204         for {
1205                 // Go to sleep until woken by
1206                 // gcController.findRunnableGCWorker.
1207                 gopark(func(g *g, nodep unsafe.Pointer) bool {
1208                         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(nodep)
1209
1210                         if mp := node.m.ptr(); mp != nil {
1211                                 // The worker G is no longer running; release
1212                                 // the M.
1213                                 //
1214                                 // N.B. it is _safe_ to release the M as soon
1215                                 // as we are no longer performing P-local mark
1216                                 // work.
1217                                 //
1218                                 // However, since we cooperatively stop work
1219                                 // when gp.preempt is set, if we releasem in
1220                                 // the loop then the following call to gopark
1221                                 // would immediately preempt the G. This is
1222                                 // also safe, but inefficient: the G must
1223                                 // schedule again only to enter gopark and park
1224                                 // again. Thus, we defer the release until
1225                                 // after parking the G.
1226                                 releasem(mp)
1227                         }
1228
1229                         // Release this G to the pool.
1230                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
1231                         // Note that at this point, the G may immediately be
1232                         // rescheduled and may be running.
1233                         return true
1234                 }, unsafe.Pointer(node), waitReasonGCWorkerIdle, traceEvGoBlock, 0)
1235
1236                 // Preemption must not occur here, or another G might see
1237                 // p.gcMarkWorkerMode.
1238
1239                 // Disable preemption so we can use the gcw. If the
1240                 // scheduler wants to preempt us, we'll stop draining,
1241                 // dispose the gcw, and then preempt.
1242                 node.m.set(acquirem())
1243                 pp := gp.m.p.ptr() // P can't change with preemption disabled.
1244
1245                 if gcBlackenEnabled == 0 {
1246                         println("worker mode", pp.gcMarkWorkerMode)
1247                         throw("gcBgMarkWorker: blackening not enabled")
1248                 }
1249
1250                 if pp.gcMarkWorkerMode == gcMarkWorkerNotWorker {
1251                         throw("gcBgMarkWorker: mode not set")
1252                 }
1253
1254                 startTime := nanotime()
1255                 pp.gcMarkWorkerStartTime = startTime
1256
1257                 decnwait := atomic.Xadd(&work.nwait, -1)
1258                 if decnwait == work.nproc {
1259                         println("runtime: work.nwait=", decnwait, "work.nproc=", work.nproc)
1260                         throw("work.nwait was > work.nproc")
1261                 }
1262
1263                 systemstack(func() {
1264                         // Mark our goroutine preemptible so its stack
1265                         // can be scanned. This lets two mark workers
1266                         // scan each other (otherwise, they would
1267                         // deadlock). We must not modify anything on
1268                         // the G stack. However, stack shrinking is
1269                         // disabled for mark workers, so it is safe to
1270                         // read from the G stack.
1271                         casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
1272                         switch pp.gcMarkWorkerMode {
1273                         default:
1274                                 throw("gcBgMarkWorker: unexpected gcMarkWorkerMode")
1275                         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
1276                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainUntilPreempt|gcDrainFlushBgCredit)
1277                                 if gp.preempt {
1278                                         // We were preempted. This is
1279                                         // a useful signal to kick
1280                                         // everything out of the run
1281                                         // queue so it can run
1282                                         // somewhere else.
1283                                         if drainQ, n := runqdrain(pp); n > 0 {
1284                                                 lock(&sched.lock)
1285                                                 globrunqputbatch(&drainQ, int32(n))
1286                                                 unlock(&sched.lock)
1287                                         }
1288                                 }
1289                                 // Go back to draining, this time
1290                                 // without preemption.
1291                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainFlushBgCredit)
1292                         case gcMarkWorkerFractionalMode:
1293                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainFractional|gcDrainUntilPreempt|gcDrainFlushBgCredit)
1294                         case gcMarkWorkerIdleMode:
1295                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainIdle|gcDrainUntilPreempt|gcDrainFlushBgCredit)
1296                         }
1297                         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
1298                 })
1299
1300                 // Account for time and mark us as stopped.
1301                 duration := nanotime() - startTime
1302                 gcController.markWorkerStop(pp.gcMarkWorkerMode, duration)
1303                 if pp.gcMarkWorkerMode == gcMarkWorkerFractionalMode {
1304                         atomic.Xaddint64(&pp.gcFractionalMarkTime, duration)
1305                 }
1306
1307                 // Was this the last worker and did we run out
1308                 // of work?
1309                 incnwait := atomic.Xadd(&work.nwait, +1)
1310                 if incnwait > work.nproc {
1311                         println("runtime: p.gcMarkWorkerMode=", pp.gcMarkWorkerMode,
1312                                 "work.nwait=", incnwait, "work.nproc=", work.nproc)
1313                         throw("work.nwait > work.nproc")
1314                 }
1315
1316                 // We'll releasem after this point and thus this P may run
1317                 // something else. We must clear the worker mode to avoid
1318                 // attributing the mode to a different (non-worker) G in
1319                 // traceGoStart.
1320                 pp.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerNotWorker
1321
1322                 // If this worker reached a background mark completion
1323                 // point, signal the main GC goroutine.
1324                 if incnwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(nil) {
1325                         // We don't need the P-local buffers here, allow
1326                         // preemption because we may schedule like a regular
1327                         // goroutine in gcMarkDone (block on locks, etc).
1328                         releasem(node.m.ptr())
1329                         node.m.set(nil)
1330
1331                         gcMarkDone()
1332                 }
1333         }
1334 }
1335
1336 // gcMarkWorkAvailable reports whether executing a mark worker
1337 // on p is potentially useful. p may be nil, in which case it only
1338 // checks the global sources of work.
1339 func gcMarkWorkAvailable(p *p) bool {
1340         if p != nil && !p.gcw.empty() {
1341                 return true
1342         }
1343         if !work.full.empty() {
1344                 return true // global work available
1345         }
1346         if work.markrootNext < work.markrootJobs {
1347                 return true // root scan work available
1348         }
1349         return false
1350 }
1351
1352 // gcMark runs the mark (or, for concurrent GC, mark termination)
1353 // All gcWork caches must be empty.
1354 // STW is in effect at this point.
1355 func gcMark(startTime int64) {
1356         if debug.allocfreetrace > 0 {
1357                 tracegc()
1358         }
1359
1360         if gcphase != _GCmarktermination {
1361                 throw("in gcMark expecting to see gcphase as _GCmarktermination")
1362         }
1363         work.tstart = startTime
1364
1365         // Check that there's no marking work remaining.
1366         if work.full != 0 || work.markrootNext < work.markrootJobs {
1367                 print("runtime: full=", hex(work.full), " next=", work.markrootNext, " jobs=", work.markrootJobs, " nDataRoots=", work.nDataRoots, " nBSSRoots=", work.nBSSRoots, " nSpanRoots=", work.nSpanRoots, " nStackRoots=", work.nStackRoots, "\n")
1368                 panic("non-empty mark queue after concurrent mark")
1369         }
1370
1371         if debug.gccheckmark > 0 {
1372                 // This is expensive when there's a large number of
1373                 // Gs, so only do it if checkmark is also enabled.
1374                 gcMarkRootCheck()
1375         }
1376         if work.full != 0 {
1377                 throw("work.full != 0")
1378         }
1379
1380         // Drop allg snapshot. allgs may have grown, in which case
1381         // this is the only reference to the old backing store and
1382         // there's no need to keep it around.
1383         work.stackRoots = nil
1384
1385         // Clear out buffers and double-check that all gcWork caches
1386         // are empty. This should be ensured by gcMarkDone before we
1387         // enter mark termination.
1388         //
1389         // TODO: We could clear out buffers just before mark if this
1390         // has a non-negligible impact on STW time.
1391         for _, p := range allp {
1392                 // The write barrier may have buffered pointers since
1393                 // the gcMarkDone barrier. However, since the barrier
1394                 // ensured all reachable objects were marked, all of
1395                 // these must be pointers to black objects. Hence we
1396                 // can just discard the write barrier buffer.
1397                 if debug.gccheckmark > 0 {
1398                         // For debugging, flush the buffer and make
1399                         // sure it really was all marked.
1400                         wbBufFlush1(p)
1401                 } else {
1402                         p.wbBuf.reset()
1403                 }
1404
1405                 gcw := &p.gcw
1406                 if !gcw.empty() {
1407                         printlock()
1408                         print("runtime: P ", p.id, " flushedWork ", gcw.flushedWork)
1409                         if gcw.wbuf1 == nil {
1410                                 print(" wbuf1=<nil>")
1411                         } else {
1412                                 print(" wbuf1.n=", gcw.wbuf1.nobj)
1413                         }
1414                         if gcw.wbuf2 == nil {
1415                                 print(" wbuf2=<nil>")
1416                         } else {
1417                                 print(" wbuf2.n=", gcw.wbuf2.nobj)
1418                         }
1419                         print("\n")
1420                         throw("P has cached GC work at end of mark termination")
1421                 }
1422                 // There may still be cached empty buffers, which we
1423                 // need to flush since we're going to free them. Also,
1424                 // there may be non-zero stats because we allocated
1425                 // black after the gcMarkDone barrier.
1426                 gcw.dispose()
1427         }
1428
1429         // Flush scanAlloc from each mcache since we're about to modify
1430         // heapScan directly. If we were to flush this later, then scanAlloc
1431         // might have incorrect information.
1432         //
1433         // Note that it's not important to retain this information; we know
1434         // exactly what heapScan is at this point via scanWork.
1435         for _, p := range allp {
1436                 c := p.mcache
1437                 if c == nil {
1438                         continue
1439                 }
1440                 c.scanAlloc = 0
1441         }
1442
1443         // Reset controller state.
1444         gcController.resetLive(work.bytesMarked)
1445 }
1446
1447 // gcSweep must be called on the system stack because it acquires the heap
1448 // lock. See mheap for details.
1449 //
1450 // The world must be stopped.
1451 //
1452 //go:systemstack
1453 func gcSweep(mode gcMode) {
1454         assertWorldStopped()
1455
1456         if gcphase != _GCoff {
1457                 throw("gcSweep being done but phase is not GCoff")
1458         }
1459
1460         lock(&mheap_.lock)
1461         mheap_.sweepgen += 2
1462         sweep.active.reset()
1463         mheap_.pagesSwept.Store(0)
1464         mheap_.sweepArenas = mheap_.allArenas
1465         mheap_.reclaimIndex.Store(0)
1466         mheap_.reclaimCredit.Store(0)
1467         unlock(&mheap_.lock)
1468
1469         sweep.centralIndex.clear()
1470
1471         if !_ConcurrentSweep || mode == gcForceBlockMode {
1472                 // Special case synchronous sweep.
1473                 // Record that no proportional sweeping has to happen.
1474                 lock(&mheap_.lock)
1475                 mheap_.sweepPagesPerByte = 0
1476                 unlock(&mheap_.lock)
1477                 // Sweep all spans eagerly.
1478                 for sweepone() != ^uintptr(0) {
1479                         sweep.npausesweep++
1480                 }
1481                 // Free workbufs eagerly.
1482                 prepareFreeWorkbufs()
1483                 for freeSomeWbufs(false) {
1484                 }
1485                 // All "free" events for this mark/sweep cycle have
1486                 // now happened, so we can make this profile cycle
1487                 // available immediately.
1488                 mProf_NextCycle()
1489                 mProf_Flush()
1490                 return
1491         }
1492
1493         // Background sweep.
1494         lock(&sweep.lock)
1495         if sweep.parked {
1496                 sweep.parked = false
1497                 ready(sweep.g, 0, true)
1498         }
1499         unlock(&sweep.lock)
1500 }
1501
1502 // gcResetMarkState resets global state prior to marking (concurrent
1503 // or STW) and resets the stack scan state of all Gs.
1504 //
1505 // This is safe to do without the world stopped because any Gs created
1506 // during or after this will start out in the reset state.
1507 //
1508 // gcResetMarkState must be called on the system stack because it acquires
1509 // the heap lock. See mheap for details.
1510 //
1511 //go:systemstack
1512 func gcResetMarkState() {
1513         // This may be called during a concurrent phase, so lock to make sure
1514         // allgs doesn't change.
1515         forEachG(func(gp *g) {
1516                 gp.gcscandone = false // set to true in gcphasework
1517                 gp.gcAssistBytes = 0
1518         })
1519
1520         // Clear page marks. This is just 1MB per 64GB of heap, so the
1521         // time here is pretty trivial.
1522         lock(&mheap_.lock)
1523         arenas := mheap_.allArenas
1524         unlock(&mheap_.lock)
1525         for _, ai := range arenas {
1526                 ha := mheap_.arenas[ai.l1()][ai.l2()]
1527                 for i := range ha.pageMarks {
1528                         ha.pageMarks[i] = 0
1529                 }
1530         }
1531
1532         work.bytesMarked = 0
1533         work.initialHeapLive = atomic.Load64(&gcController.heapLive)
1534 }
1535
1536 // Hooks for other packages
1537
1538 var poolcleanup func()
1539
1540 //go:linkname sync_runtime_registerPoolCleanup sync.runtime_registerPoolCleanup
1541 func sync_runtime_registerPoolCleanup(f func()) {
1542         poolcleanup = f
1543 }
1544
1545 func clearpools() {
1546         // clear sync.Pools
1547         if poolcleanup != nil {
1548                 poolcleanup()
1549         }
1550
1551         // Clear central sudog cache.
1552         // Leave per-P caches alone, they have strictly bounded size.
1553         // Disconnect cached list before dropping it on the floor,
1554         // so that a dangling ref to one entry does not pin all of them.
1555         lock(&sched.sudoglock)
1556         var sg, sgnext *sudog
1557         for sg = sched.sudogcache; sg != nil; sg = sgnext {
1558                 sgnext = sg.next
1559                 sg.next = nil
1560         }
1561         sched.sudogcache = nil
1562         unlock(&sched.sudoglock)
1563
1564         // Clear central defer pool.
1565         // Leave per-P pools alone, they have strictly bounded size.
1566         lock(&sched.deferlock)
1567         // disconnect cached list before dropping it on the floor,
1568         // so that a dangling ref to one entry does not pin all of them.
1569         var d, dlink *_defer
1570         for d = sched.deferpool; d != nil; d = dlink {
1571                 dlink = d.link
1572                 d.link = nil
1573         }
1574         sched.deferpool = nil
1575         unlock(&sched.deferlock)
1576 }
1577
1578 // Timing
1579
1580 // itoaDiv formats val/(10**dec) into buf.
1581 func itoaDiv(buf []byte, val uint64, dec int) []byte {
1582         i := len(buf) - 1
1583         idec := i - dec
1584         for val >= 10 || i >= idec {
1585                 buf[i] = byte(val%10 + '0')
1586                 i--
1587                 if i == idec {
1588                         buf[i] = '.'
1589                         i--
1590                 }
1591                 val /= 10
1592         }
1593         buf[i] = byte(val + '0')
1594         return buf[i:]
1595 }
1596
1597 // fmtNSAsMS nicely formats ns nanoseconds as milliseconds.
1598 func fmtNSAsMS(buf []byte, ns uint64) []byte {
1599         if ns >= 10e6 {
1600                 // Format as whole milliseconds.
1601                 return itoaDiv(buf, ns/1e6, 0)
1602         }
1603         // Format two digits of precision, with at most three decimal places.
1604         x := ns / 1e3
1605         if x == 0 {
1606                 buf[0] = '0'
1607                 return buf[:1]
1608         }
1609         dec := 3
1610         for x >= 100 {
1611                 x /= 10
1612                 dec--
1613         }
1614         return itoaDiv(buf, x, dec)
1615 }
1616
1617 // Helpers for testing GC.
1618
1619 // gcTestMoveStackOnNextCall causes the stack to be moved on a call
1620 // immediately following the call to this. It may not work correctly
1621 // if any other work appears after this call (such as returning).
1622 // Typically the following call should be marked go:noinline so it
1623 // performs a stack check.
1624 //
1625 // In rare cases this may not cause the stack to move, specifically if
1626 // there's a preemption between this call and the next.
1627 func gcTestMoveStackOnNextCall() {
1628         gp := getg()
1629         gp.stackguard0 = stackForceMove
1630 }
1631
1632 // gcTestIsReachable performs a GC and returns a bit set where bit i
1633 // is set if ptrs[i] is reachable.
1634 func gcTestIsReachable(ptrs ...unsafe.Pointer) (mask uint64) {
1635         // This takes the pointers as unsafe.Pointers in order to keep
1636         // them live long enough for us to attach specials. After
1637         // that, we drop our references to them.
1638
1639         if len(ptrs) > 64 {
1640                 panic("too many pointers for uint64 mask")
1641         }
1642
1643         // Block GC while we attach specials and drop our references
1644         // to ptrs. Otherwise, if a GC is in progress, it could mark
1645         // them reachable via this function before we have a chance to
1646         // drop them.
1647         semacquire(&gcsema)
1648
1649         // Create reachability specials for ptrs.
1650         specials := make([]*specialReachable, len(ptrs))
1651         for i, p := range ptrs {
1652                 lock(&mheap_.speciallock)
1653                 s := (*specialReachable)(mheap_.specialReachableAlloc.alloc())
1654                 unlock(&mheap_.speciallock)
1655                 s.special.kind = _KindSpecialReachable
1656                 if !addspecial(p, &s.special) {
1657                         throw("already have a reachable special (duplicate pointer?)")
1658                 }
1659                 specials[i] = s
1660                 // Make sure we don't retain ptrs.
1661                 ptrs[i] = nil
1662         }
1663
1664         semrelease(&gcsema)
1665
1666         // Force a full GC and sweep.
1667         GC()
1668
1669         // Process specials.
1670         for i, s := range specials {
1671                 if !s.done {
1672                         printlock()
1673                         println("runtime: object", i, "was not swept")
1674                         throw("IsReachable failed")
1675                 }
1676                 if s.reachable {
1677                         mask |= 1 << i
1678                 }
1679                 lock(&mheap_.speciallock)
1680                 mheap_.specialReachableAlloc.free(unsafe.Pointer(s))
1681                 unlock(&mheap_.speciallock)
1682         }
1683
1684         return mask
1685 }
1686
1687 // gcTestPointerClass returns the category of what p points to, one of:
1688 // "heap", "stack", "data", "bss", "other". This is useful for checking
1689 // that a test is doing what it's intended to do.
1690 //
1691 // This is nosplit simply to avoid extra pointer shuffling that may
1692 // complicate a test.
1693 //
1694 //go:nosplit
1695 func gcTestPointerClass(p unsafe.Pointer) string {
1696         p2 := uintptr(noescape(p))
1697         gp := getg()
1698         if gp.stack.lo <= p2 && p2 < gp.stack.hi {
1699                 return "stack"
1700         }
1701         if base, _, _ := findObject(p2, 0, 0); base != 0 {
1702                 return "heap"
1703         }
1704         for _, datap := range activeModules() {
1705                 if datap.data <= p2 && p2 < datap.edata || datap.noptrdata <= p2 && p2 < datap.enoptrdata {
1706                         return "data"
1707                 }
1708                 if datap.bss <= p2 && p2 < datap.ebss || datap.noptrbss <= p2 && p2 <= datap.enoptrbss {
1709                         return "bss"
1710                 }
1711         }
1712         KeepAlive(p)
1713         return "other"
1714 }