]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgc.go
runtime/debug: export SetMemoryLimit
[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 computed by the gcController.heapGoal method). 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         // Use the environment variable GOMEMLIMIT for the initial memoryLimit value.
162         gcController.init(readGOGC(), readGOMEMLIMIT())
163
164         work.startSema = 1
165         work.markDoneSema = 1
166         lockInit(&work.sweepWaiters.lock, lockRankSweepWaiters)
167         lockInit(&work.assistQueue.lock, lockRankAssistQueue)
168         lockInit(&work.wbufSpans.lock, lockRankWbufSpans)
169 }
170
171 // gcenable is called after the bulk of the runtime initialization,
172 // just before we're about to start letting user code run.
173 // It kicks off the background sweeper goroutine, the background
174 // scavenger goroutine, and enables GC.
175 func gcenable() {
176         // Kick off sweeping and scavenging.
177         c := make(chan int, 2)
178         go bgsweep(c)
179         go bgscavenge(c)
180         <-c
181         <-c
182         memstats.enablegc = true // now that runtime is initialized, GC is okay
183 }
184
185 // Garbage collector phase.
186 // Indicates to write barrier and synchronization task to perform.
187 var gcphase uint32
188
189 // The compiler knows about this variable.
190 // If you change it, you must change builtin/runtime.go, too.
191 // If you change the first four bytes, you must also change the write
192 // barrier insertion code.
193 var writeBarrier struct {
194         enabled bool    // compiler emits a check of this before calling write barrier
195         pad     [3]byte // compiler uses 32-bit load for "enabled" field
196         needed  bool    // whether we need a write barrier for current GC phase
197         cgo     bool    // whether we need a write barrier for a cgo check
198         alignme uint64  // guarantee alignment so that compiler can use a 32 or 64-bit load
199 }
200
201 // gcBlackenEnabled is 1 if mutator assists and background mark
202 // workers are allowed to blacken objects. This must only be set when
203 // gcphase == _GCmark.
204 var gcBlackenEnabled uint32
205
206 const (
207         _GCoff             = iota // GC not running; sweeping in background, write barrier disabled
208         _GCmark                   // GC marking roots and workbufs: allocate black, write barrier ENABLED
209         _GCmarktermination        // GC mark termination: allocate black, P's help GC, write barrier ENABLED
210 )
211
212 //go:nosplit
213 func setGCPhase(x uint32) {
214         atomic.Store(&gcphase, x)
215         writeBarrier.needed = gcphase == _GCmark || gcphase == _GCmarktermination
216         writeBarrier.enabled = writeBarrier.needed || writeBarrier.cgo
217 }
218
219 // gcMarkWorkerMode represents the mode that a concurrent mark worker
220 // should operate in.
221 //
222 // Concurrent marking happens through four different mechanisms. One
223 // is mutator assists, which happen in response to allocations and are
224 // not scheduled. The other three are variations in the per-P mark
225 // workers and are distinguished by gcMarkWorkerMode.
226 type gcMarkWorkerMode int
227
228 const (
229         // gcMarkWorkerNotWorker indicates that the next scheduled G is not
230         // starting work and the mode should be ignored.
231         gcMarkWorkerNotWorker gcMarkWorkerMode = iota
232
233         // gcMarkWorkerDedicatedMode indicates that the P of a mark
234         // worker is dedicated to running that mark worker. The mark
235         // worker should run without preemption.
236         gcMarkWorkerDedicatedMode
237
238         // gcMarkWorkerFractionalMode indicates that a P is currently
239         // running the "fractional" mark worker. The fractional worker
240         // is necessary when GOMAXPROCS*gcBackgroundUtilization is not
241         // an integer and using only dedicated workers would result in
242         // utilization too far from the target of gcBackgroundUtilization.
243         // The fractional worker should run until it is preempted and
244         // will be scheduled to pick up the fractional part of
245         // GOMAXPROCS*gcBackgroundUtilization.
246         gcMarkWorkerFractionalMode
247
248         // gcMarkWorkerIdleMode indicates that a P is running the mark
249         // worker because it has nothing else to do. The idle worker
250         // should run until it is preempted and account its time
251         // against gcController.idleMarkTime.
252         gcMarkWorkerIdleMode
253 )
254
255 // gcMarkWorkerModeStrings are the strings labels of gcMarkWorkerModes
256 // to use in execution traces.
257 var gcMarkWorkerModeStrings = [...]string{
258         "Not worker",
259         "GC (dedicated)",
260         "GC (fractional)",
261         "GC (idle)",
262 }
263
264 // pollFractionalWorkerExit reports whether a fractional mark worker
265 // should self-preempt. It assumes it is called from the fractional
266 // worker.
267 func pollFractionalWorkerExit() bool {
268         // This should be kept in sync with the fractional worker
269         // scheduler logic in findRunnableGCWorker.
270         now := nanotime()
271         delta := now - gcController.markStartTime
272         if delta <= 0 {
273                 return true
274         }
275         p := getg().m.p.ptr()
276         selfTime := p.gcFractionalMarkTime + (now - p.gcMarkWorkerStartTime)
277         // Add some slack to the utilization goal so that the
278         // fractional worker isn't behind again the instant it exits.
279         return float64(selfTime)/float64(delta) > 1.2*gcController.fractionalUtilizationGoal
280 }
281
282 var work struct {
283         full  lfstack          // lock-free list of full blocks workbuf
284         empty lfstack          // lock-free list of empty blocks workbuf
285         pad0  cpu.CacheLinePad // prevents false-sharing between full/empty and nproc/nwait
286
287         wbufSpans struct {
288                 lock mutex
289                 // free is a list of spans dedicated to workbufs, but
290                 // that don't currently contain any workbufs.
291                 free mSpanList
292                 // busy is a list of all spans containing workbufs on
293                 // one of the workbuf lists.
294                 busy mSpanList
295         }
296
297         // Restore 64-bit alignment on 32-bit.
298         _ uint32
299
300         // bytesMarked is the number of bytes marked this cycle. This
301         // includes bytes blackened in scanned objects, noscan objects
302         // that go straight to black, and permagrey objects scanned by
303         // markroot during the concurrent scan phase. This is updated
304         // atomically during the cycle. Updates may be batched
305         // arbitrarily, since the value is only read at the end of the
306         // cycle.
307         //
308         // Because of benign races during marking, this number may not
309         // be the exact number of marked bytes, but it should be very
310         // close.
311         //
312         // Put this field here because it needs 64-bit atomic access
313         // (and thus 8-byte alignment even on 32-bit architectures).
314         bytesMarked uint64
315
316         markrootNext uint32 // next markroot job
317         markrootJobs uint32 // number of markroot jobs
318
319         nproc  uint32
320         tstart int64
321         nwait  uint32
322
323         // Number of roots of various root types. Set by gcMarkRootPrepare.
324         //
325         // nStackRoots == len(stackRoots), but we have nStackRoots for
326         // consistency.
327         nDataRoots, nBSSRoots, nSpanRoots, nStackRoots int
328
329         // Base indexes of each root type. Set by gcMarkRootPrepare.
330         baseData, baseBSS, baseSpans, baseStacks, baseEnd uint32
331
332         // stackRoots is a snapshot of all of the Gs that existed
333         // before the beginning of concurrent marking. The backing
334         // store of this must not be modified because it might be
335         // shared with allgs.
336         stackRoots []*g
337
338         // Each type of GC state transition is protected by a lock.
339         // Since multiple threads can simultaneously detect the state
340         // transition condition, any thread that detects a transition
341         // condition must acquire the appropriate transition lock,
342         // re-check the transition condition and return if it no
343         // longer holds or perform the transition if it does.
344         // Likewise, any transition must invalidate the transition
345         // condition before releasing the lock. This ensures that each
346         // transition is performed by exactly one thread and threads
347         // that need the transition to happen block until it has
348         // happened.
349         //
350         // startSema protects the transition from "off" to mark or
351         // mark termination.
352         startSema uint32
353         // markDoneSema protects transitions from mark to mark termination.
354         markDoneSema uint32
355
356         bgMarkReady note   // signal background mark worker has started
357         bgMarkDone  uint32 // cas to 1 when at a background mark completion point
358         // Background mark completion signaling
359
360         // mode is the concurrency mode of the current GC cycle.
361         mode gcMode
362
363         // userForced indicates the current GC cycle was forced by an
364         // explicit user call.
365         userForced bool
366
367         // totaltime is the CPU nanoseconds spent in GC since the
368         // program started if debug.gctrace > 0.
369         totaltime int64
370
371         // initialHeapLive is the value of gcController.heapLive at the
372         // beginning of this GC cycle.
373         initialHeapLive uint64
374
375         // assistQueue is a queue of assists that are blocked because
376         // there was neither enough credit to steal or enough work to
377         // do.
378         assistQueue struct {
379                 lock mutex
380                 q    gQueue
381         }
382
383         // sweepWaiters is a list of blocked goroutines to wake when
384         // we transition from mark termination to sweep.
385         sweepWaiters struct {
386                 lock mutex
387                 list gList
388         }
389
390         // cycles is the number of completed GC cycles, where a GC
391         // cycle is sweep termination, mark, mark termination, and
392         // sweep. This differs from memstats.numgc, which is
393         // incremented at mark termination.
394         cycles uint32
395
396         // Timing/utilization stats for this cycle.
397         stwprocs, maxprocs                 int32
398         tSweepTerm, tMark, tMarkTerm, tEnd int64 // nanotime() of phase start
399
400         pauseNS    int64 // total STW time this cycle
401         pauseStart int64 // nanotime() of last STW
402
403         // debug.gctrace heap sizes for this cycle.
404         heap0, heap1, heap2 uint64
405 }
406
407 // GC runs a garbage collection and blocks the caller until the
408 // garbage collection is complete. It may also block the entire
409 // program.
410 func GC() {
411         // We consider a cycle to be: sweep termination, mark, mark
412         // termination, and sweep. This function shouldn't return
413         // until a full cycle has been completed, from beginning to
414         // end. Hence, we always want to finish up the current cycle
415         // and start a new one. That means:
416         //
417         // 1. In sweep termination, mark, or mark termination of cycle
418         // N, wait until mark termination N completes and transitions
419         // to sweep N.
420         //
421         // 2. In sweep N, help with sweep N.
422         //
423         // At this point we can begin a full cycle N+1.
424         //
425         // 3. Trigger cycle N+1 by starting sweep termination N+1.
426         //
427         // 4. Wait for mark termination N+1 to complete.
428         //
429         // 5. Help with sweep N+1 until it's done.
430         //
431         // This all has to be written to deal with the fact that the
432         // GC may move ahead on its own. For example, when we block
433         // until mark termination N, we may wake up in cycle N+2.
434
435         // Wait until the current sweep termination, mark, and mark
436         // termination complete.
437         n := atomic.Load(&work.cycles)
438         gcWaitOnMark(n)
439
440         // We're now in sweep N or later. Trigger GC cycle N+1, which
441         // will first finish sweep N if necessary and then enter sweep
442         // termination N+1.
443         gcStart(gcTrigger{kind: gcTriggerCycle, n: n + 1})
444
445         // Wait for mark termination N+1 to complete.
446         gcWaitOnMark(n + 1)
447
448         // Finish sweep N+1 before returning. We do this both to
449         // complete the cycle and because runtime.GC() is often used
450         // as part of tests and benchmarks to get the system into a
451         // relatively stable and isolated state.
452         for atomic.Load(&work.cycles) == n+1 && sweepone() != ^uintptr(0) {
453                 sweep.nbgsweep++
454                 Gosched()
455         }
456
457         // Callers may assume that the heap profile reflects the
458         // just-completed cycle when this returns (historically this
459         // happened because this was a STW GC), but right now the
460         // profile still reflects mark termination N, not N+1.
461         //
462         // As soon as all of the sweep frees from cycle N+1 are done,
463         // we can go ahead and publish the heap profile.
464         //
465         // First, wait for sweeping to finish. (We know there are no
466         // more spans on the sweep queue, but we may be concurrently
467         // sweeping spans, so we have to wait.)
468         for atomic.Load(&work.cycles) == n+1 && !isSweepDone() {
469                 Gosched()
470         }
471
472         // Now we're really done with sweeping, so we can publish the
473         // stable heap profile. Only do this if we haven't already hit
474         // another mark termination.
475         mp := acquirem()
476         cycle := atomic.Load(&work.cycles)
477         if cycle == n+1 || (gcphase == _GCmark && cycle == n+2) {
478                 mProf_PostSweep()
479         }
480         releasem(mp)
481 }
482
483 // gcWaitOnMark blocks until GC finishes the Nth mark phase. If GC has
484 // already completed this mark phase, it returns immediately.
485 func gcWaitOnMark(n uint32) {
486         for {
487                 // Disable phase transitions.
488                 lock(&work.sweepWaiters.lock)
489                 nMarks := atomic.Load(&work.cycles)
490                 if gcphase != _GCmark {
491                         // We've already completed this cycle's mark.
492                         nMarks++
493                 }
494                 if nMarks > n {
495                         // We're done.
496                         unlock(&work.sweepWaiters.lock)
497                         return
498                 }
499
500                 // Wait until sweep termination, mark, and mark
501                 // termination of cycle N complete.
502                 work.sweepWaiters.list.push(getg())
503                 goparkunlock(&work.sweepWaiters.lock, waitReasonWaitForGCCycle, traceEvGoBlock, 1)
504         }
505 }
506
507 // gcMode indicates how concurrent a GC cycle should be.
508 type gcMode int
509
510 const (
511         gcBackgroundMode gcMode = iota // concurrent GC and sweep
512         gcForceMode                    // stop-the-world GC now, concurrent sweep
513         gcForceBlockMode               // stop-the-world GC now and STW sweep (forced by user)
514 )
515
516 // A gcTrigger is a predicate for starting a GC cycle. Specifically,
517 // it is an exit condition for the _GCoff phase.
518 type gcTrigger struct {
519         kind gcTriggerKind
520         now  int64  // gcTriggerTime: current time
521         n    uint32 // gcTriggerCycle: cycle number to start
522 }
523
524 type gcTriggerKind int
525
526 const (
527         // gcTriggerHeap indicates that a cycle should be started when
528         // the heap size reaches the trigger heap size computed by the
529         // controller.
530         gcTriggerHeap gcTriggerKind = iota
531
532         // gcTriggerTime indicates that a cycle should be started when
533         // it's been more than forcegcperiod nanoseconds since the
534         // previous GC cycle.
535         gcTriggerTime
536
537         // gcTriggerCycle indicates that a cycle should be started if
538         // we have not yet started cycle number gcTrigger.n (relative
539         // to work.cycles).
540         gcTriggerCycle
541 )
542
543 // test reports whether the trigger condition is satisfied, meaning
544 // that the exit condition for the _GCoff phase has been met. The exit
545 // condition should be tested when allocating.
546 func (t gcTrigger) test() bool {
547         if !memstats.enablegc || panicking != 0 || gcphase != _GCoff {
548                 return false
549         }
550         switch t.kind {
551         case gcTriggerHeap:
552                 // Non-atomic access to gcController.heapLive for performance. If
553                 // we are going to trigger on this, this thread just
554                 // atomically wrote gcController.heapLive anyway and we'll see our
555                 // own write.
556                 trigger, _ := gcController.trigger()
557                 return atomic.Load64(&gcController.heapLive) >= trigger
558         case gcTriggerTime:
559                 if gcController.gcPercent.Load() < 0 {
560                         return false
561                 }
562                 lastgc := int64(atomic.Load64(&memstats.last_gc_nanotime))
563                 return lastgc != 0 && t.now-lastgc > forcegcperiod
564         case gcTriggerCycle:
565                 // t.n > work.cycles, but accounting for wraparound.
566                 return int32(t.n-work.cycles) > 0
567         }
568         return true
569 }
570
571 // gcStart starts the GC. It transitions from _GCoff to _GCmark (if
572 // debug.gcstoptheworld == 0) or performs all of GC (if
573 // debug.gcstoptheworld != 0).
574 //
575 // This may return without performing this transition in some cases,
576 // such as when called on a system stack or with locks held.
577 func gcStart(trigger gcTrigger) {
578         // Since this is called from malloc and malloc is called in
579         // the guts of a number of libraries that might be holding
580         // locks, don't attempt to start GC in non-preemptible or
581         // potentially unstable situations.
582         mp := acquirem()
583         if gp := getg(); gp == mp.g0 || mp.locks > 1 || mp.preemptoff != "" {
584                 releasem(mp)
585                 return
586         }
587         releasem(mp)
588         mp = nil
589
590         // Pick up the remaining unswept/not being swept spans concurrently
591         //
592         // This shouldn't happen if we're being invoked in background
593         // mode since proportional sweep should have just finished
594         // sweeping everything, but rounding errors, etc, may leave a
595         // few spans unswept. In forced mode, this is necessary since
596         // GC can be forced at any point in the sweeping cycle.
597         //
598         // We check the transition condition continuously here in case
599         // this G gets delayed in to the next GC cycle.
600         for trigger.test() && sweepone() != ^uintptr(0) {
601                 sweep.nbgsweep++
602         }
603
604         // Perform GC initialization and the sweep termination
605         // transition.
606         semacquire(&work.startSema)
607         // Re-check transition condition under transition lock.
608         if !trigger.test() {
609                 semrelease(&work.startSema)
610                 return
611         }
612
613         // For stats, check if this GC was forced by the user.
614         work.userForced = trigger.kind == gcTriggerCycle
615
616         // In gcstoptheworld debug mode, upgrade the mode accordingly.
617         // We do this after re-checking the transition condition so
618         // that multiple goroutines that detect the heap trigger don't
619         // start multiple STW GCs.
620         mode := gcBackgroundMode
621         if debug.gcstoptheworld == 1 {
622                 mode = gcForceMode
623         } else if debug.gcstoptheworld == 2 {
624                 mode = gcForceBlockMode
625         }
626
627         // Ok, we're doing it! Stop everybody else
628         semacquire(&gcsema)
629         semacquire(&worldsema)
630
631         if trace.enabled {
632                 traceGCStart()
633         }
634
635         // Check that all Ps have finished deferred mcache flushes.
636         for _, p := range allp {
637                 if fg := atomic.Load(&p.mcache.flushGen); fg != mheap_.sweepgen {
638                         println("runtime: p", p.id, "flushGen", fg, "!= sweepgen", mheap_.sweepgen)
639                         throw("p mcache not flushed")
640                 }
641         }
642
643         gcBgMarkStartWorkers()
644
645         systemstack(gcResetMarkState)
646
647         work.stwprocs, work.maxprocs = gomaxprocs, gomaxprocs
648         if work.stwprocs > ncpu {
649                 // This is used to compute CPU time of the STW phases,
650                 // so it can't be more than ncpu, even if GOMAXPROCS is.
651                 work.stwprocs = ncpu
652         }
653         work.heap0 = atomic.Load64(&gcController.heapLive)
654         work.pauseNS = 0
655         work.mode = mode
656
657         now := nanotime()
658         work.tSweepTerm = now
659         work.pauseStart = now
660         if trace.enabled {
661                 traceGCSTWStart(1)
662         }
663         systemstack(stopTheWorldWithSema)
664         // Finish sweep before we start concurrent scan.
665         systemstack(func() {
666                 finishsweep_m()
667         })
668
669         // clearpools before we start the GC. If we wait they memory will not be
670         // reclaimed until the next GC cycle.
671         clearpools()
672
673         work.cycles++
674
675         // Assists and workers can start the moment we start
676         // the world.
677         gcController.startCycle(now, int(gomaxprocs), trigger)
678
679         // Notify the CPU limiter that assists may begin.
680         gcCPULimiter.startGCTransition(true, 0, now)
681
682         // In STW mode, disable scheduling of user Gs. This may also
683         // disable scheduling of this goroutine, so it may block as
684         // soon as we start the world again.
685         if mode != gcBackgroundMode {
686                 schedEnableUser(false)
687         }
688
689         // Enter concurrent mark phase and enable
690         // write barriers.
691         //
692         // Because the world is stopped, all Ps will
693         // observe that write barriers are enabled by
694         // the time we start the world and begin
695         // scanning.
696         //
697         // Write barriers must be enabled before assists are
698         // enabled because they must be enabled before
699         // any non-leaf heap objects are marked. Since
700         // allocations are blocked until assists can
701         // happen, we want enable assists as early as
702         // possible.
703         setGCPhase(_GCmark)
704
705         gcBgMarkPrepare() // Must happen before assist enable.
706         gcMarkRootPrepare()
707
708         // Mark all active tinyalloc blocks. Since we're
709         // allocating from these, they need to be black like
710         // other allocations. The alternative is to blacken
711         // the tiny block on every allocation from it, which
712         // would slow down the tiny allocator.
713         gcMarkTinyAllocs()
714
715         // At this point all Ps have enabled the write
716         // barrier, thus maintaining the no white to
717         // black invariant. Enable mutator assists to
718         // put back-pressure on fast allocating
719         // mutators.
720         atomic.Store(&gcBlackenEnabled, 1)
721
722         // In STW mode, we could block the instant systemstack
723         // returns, so make sure we're not preemptible.
724         mp = acquirem()
725
726         // Concurrent mark.
727         systemstack(func() {
728                 now = startTheWorldWithSema(trace.enabled)
729                 work.pauseNS += now - work.pauseStart
730                 work.tMark = now
731                 memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
732
733                 // Release the CPU limiter.
734                 gcCPULimiter.finishGCTransition(now)
735         })
736
737         // Release the world sema before Gosched() in STW mode
738         // because we will need to reacquire it later but before
739         // this goroutine becomes runnable again, and we could
740         // self-deadlock otherwise.
741         semrelease(&worldsema)
742         releasem(mp)
743
744         // Make sure we block instead of returning to user code
745         // in STW mode.
746         if mode != gcBackgroundMode {
747                 Gosched()
748         }
749
750         semrelease(&work.startSema)
751 }
752
753 // gcMarkDoneFlushed counts the number of P's with flushed work.
754 //
755 // Ideally this would be a captured local in gcMarkDone, but forEachP
756 // escapes its callback closure, so it can't capture anything.
757 //
758 // This is protected by markDoneSema.
759 var gcMarkDoneFlushed uint32
760
761 // gcMarkDone transitions the GC from mark to mark termination if all
762 // reachable objects have been marked (that is, there are no grey
763 // objects and can be no more in the future). Otherwise, it flushes
764 // all local work to the global queues where it can be discovered by
765 // other workers.
766 //
767 // This should be called when all local mark work has been drained and
768 // there are no remaining workers. Specifically, when
769 //
770 //      work.nwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(p)
771 //
772 // The calling context must be preemptible.
773 //
774 // Flushing local work is important because idle Ps may have local
775 // work queued. This is the only way to make that work visible and
776 // drive GC to completion.
777 //
778 // It is explicitly okay to have write barriers in this function. If
779 // it does transition to mark termination, then all reachable objects
780 // have been marked, so the write barrier cannot shade any more
781 // objects.
782 func gcMarkDone() {
783         // Ensure only one thread is running the ragged barrier at a
784         // time.
785         semacquire(&work.markDoneSema)
786
787 top:
788         // Re-check transition condition under transition lock.
789         //
790         // It's critical that this checks the global work queues are
791         // empty before performing the ragged barrier. Otherwise,
792         // there could be global work that a P could take after the P
793         // has passed the ragged barrier.
794         if !(gcphase == _GCmark && work.nwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(nil)) {
795                 semrelease(&work.markDoneSema)
796                 return
797         }
798
799         // forEachP needs worldsema to execute, and we'll need it to
800         // stop the world later, so acquire worldsema now.
801         semacquire(&worldsema)
802
803         // Flush all local buffers and collect flushedWork flags.
804         gcMarkDoneFlushed = 0
805         systemstack(func() {
806                 gp := getg().m.curg
807                 // Mark the user stack as preemptible so that it may be scanned.
808                 // Otherwise, our attempt to force all P's to a safepoint could
809                 // result in a deadlock as we attempt to preempt a worker that's
810                 // trying to preempt us (e.g. for a stack scan).
811                 casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
812                 forEachP(func(_p_ *p) {
813                         // Flush the write barrier buffer, since this may add
814                         // work to the gcWork.
815                         wbBufFlush1(_p_)
816
817                         // Flush the gcWork, since this may create global work
818                         // and set the flushedWork flag.
819                         //
820                         // TODO(austin): Break up these workbufs to
821                         // better distribute work.
822                         _p_.gcw.dispose()
823                         // Collect the flushedWork flag.
824                         if _p_.gcw.flushedWork {
825                                 atomic.Xadd(&gcMarkDoneFlushed, 1)
826                                 _p_.gcw.flushedWork = false
827                         }
828                 })
829                 casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
830         })
831
832         if gcMarkDoneFlushed != 0 {
833                 // More grey objects were discovered since the
834                 // previous termination check, so there may be more
835                 // work to do. Keep going. It's possible the
836                 // transition condition became true again during the
837                 // ragged barrier, so re-check it.
838                 semrelease(&worldsema)
839                 goto top
840         }
841
842         // There was no global work, no local work, and no Ps
843         // communicated work since we took markDoneSema. Therefore
844         // there are no grey objects and no more objects can be
845         // shaded. Transition to mark termination.
846         now := nanotime()
847         work.tMarkTerm = now
848         work.pauseStart = now
849         getg().m.preemptoff = "gcing"
850         if trace.enabled {
851                 traceGCSTWStart(0)
852         }
853         systemstack(stopTheWorldWithSema)
854         // The gcphase is _GCmark, it will transition to _GCmarktermination
855         // below. The important thing is that the wb remains active until
856         // all marking is complete. This includes writes made by the GC.
857
858         // There is sometimes work left over when we enter mark termination due
859         // to write barriers performed after the completion barrier above.
860         // Detect this and resume concurrent mark. This is obviously
861         // unfortunate.
862         //
863         // See issue #27993 for details.
864         //
865         // Switch to the system stack to call wbBufFlush1, though in this case
866         // it doesn't matter because we're non-preemptible anyway.
867         restart := false
868         systemstack(func() {
869                 for _, p := range allp {
870                         wbBufFlush1(p)
871                         if !p.gcw.empty() {
872                                 restart = true
873                                 break
874                         }
875                 }
876         })
877         if restart {
878                 getg().m.preemptoff = ""
879                 systemstack(func() {
880                         now := startTheWorldWithSema(true)
881                         work.pauseNS += now - work.pauseStart
882                         memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
883                 })
884                 semrelease(&worldsema)
885                 goto top
886         }
887
888         // Disable assists and background workers. We must do
889         // this before waking blocked assists.
890         atomic.Store(&gcBlackenEnabled, 0)
891
892         // Notify the CPU limiter that assists will now cease.
893         gcCPULimiter.startGCTransition(false, gcController.assistTime.Load(), now)
894
895         // Wake all blocked assists. These will run when we
896         // start the world again.
897         gcWakeAllAssists()
898
899         // Likewise, release the transition lock. Blocked
900         // workers and assists will run when we start the
901         // world again.
902         semrelease(&work.markDoneSema)
903
904         // In STW mode, re-enable user goroutines. These will be
905         // queued to run after we start the world.
906         schedEnableUser(true)
907
908         // endCycle depends on all gcWork cache stats being flushed.
909         // The termination algorithm above ensured that up to
910         // allocations since the ragged barrier.
911         gcController.endCycle(now, int(gomaxprocs), work.userForced)
912
913         // Perform mark termination. This will restart the world.
914         gcMarkTermination()
915 }
916
917 // World must be stopped and mark assists and background workers must be
918 // disabled.
919 func gcMarkTermination() {
920         // Start marktermination (write barrier remains enabled for now).
921         setGCPhase(_GCmarktermination)
922
923         work.heap1 = gcController.heapLive
924         startTime := nanotime()
925
926         mp := acquirem()
927         mp.preemptoff = "gcing"
928         _g_ := getg()
929         _g_.m.traceback = 2
930         gp := _g_.m.curg
931         casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
932         gp.waitreason = waitReasonGarbageCollection
933
934         // Run gc on the g0 stack. We do this so that the g stack
935         // we're currently running on will no longer change. Cuts
936         // the root set down a bit (g0 stacks are not scanned, and
937         // we don't need to scan gc's internal state).  We also
938         // need to switch to g0 so we can shrink the stack.
939         systemstack(func() {
940                 gcMark(startTime)
941                 // Must return immediately.
942                 // The outer function's stack may have moved
943                 // during gcMark (it shrinks stacks, including the
944                 // outer function's stack), so we must not refer
945                 // to any of its variables. Return back to the
946                 // non-system stack to pick up the new addresses
947                 // before continuing.
948         })
949
950         systemstack(func() {
951                 work.heap2 = work.bytesMarked
952                 if debug.gccheckmark > 0 {
953                         // Run a full non-parallel, stop-the-world
954                         // mark using checkmark bits, to check that we
955                         // didn't forget to mark anything during the
956                         // concurrent mark process.
957                         startCheckmarks()
958                         gcResetMarkState()
959                         gcw := &getg().m.p.ptr().gcw
960                         gcDrain(gcw, 0)
961                         wbBufFlush1(getg().m.p.ptr())
962                         gcw.dispose()
963                         endCheckmarks()
964                 }
965
966                 // marking is complete so we can turn the write barrier off
967                 setGCPhase(_GCoff)
968                 gcSweep(work.mode)
969         })
970
971         _g_.m.traceback = 0
972         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
973
974         if trace.enabled {
975                 traceGCDone()
976         }
977
978         // all done
979         mp.preemptoff = ""
980
981         if gcphase != _GCoff {
982                 throw("gc done but gcphase != _GCoff")
983         }
984
985         // Record heapInUse for scavenger.
986         memstats.lastHeapInUse = gcController.heapInUse.load()
987
988         // Update GC trigger and pacing, as well as downstream consumers
989         // of this pacing information, for the next cycle.
990         systemstack(gcControllerCommit)
991
992         // Update timing memstats
993         now := nanotime()
994         sec, nsec, _ := time_now()
995         unixNow := sec*1e9 + int64(nsec)
996         work.pauseNS += now - work.pauseStart
997         work.tEnd = now
998         memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
999         atomic.Store64(&memstats.last_gc_unix, uint64(unixNow)) // must be Unix time to make sense to user
1000         atomic.Store64(&memstats.last_gc_nanotime, uint64(now)) // monotonic time for us
1001         memstats.pause_ns[memstats.numgc%uint32(len(memstats.pause_ns))] = uint64(work.pauseNS)
1002         memstats.pause_end[memstats.numgc%uint32(len(memstats.pause_end))] = uint64(unixNow)
1003         memstats.pause_total_ns += uint64(work.pauseNS)
1004
1005         // Update work.totaltime.
1006         sweepTermCpu := int64(work.stwprocs) * (work.tMark - work.tSweepTerm)
1007         // We report idle marking time below, but omit it from the
1008         // overall utilization here since it's "free".
1009         markCpu := gcController.assistTime.Load() + gcController.dedicatedMarkTime + gcController.fractionalMarkTime
1010         markTermCpu := int64(work.stwprocs) * (work.tEnd - work.tMarkTerm)
1011         cycleCpu := sweepTermCpu + markCpu + markTermCpu
1012         work.totaltime += cycleCpu
1013
1014         // Compute overall GC CPU utilization.
1015         totalCpu := sched.totaltime + (now-sched.procresizetime)*int64(gomaxprocs)
1016         memstats.gc_cpu_fraction = float64(work.totaltime) / float64(totalCpu)
1017
1018         // Reset sweep state.
1019         sweep.nbgsweep = 0
1020         sweep.npausesweep = 0
1021
1022         if work.userForced {
1023                 memstats.numforcedgc++
1024         }
1025
1026         // Bump GC cycle count and wake goroutines waiting on sweep.
1027         lock(&work.sweepWaiters.lock)
1028         memstats.numgc++
1029         injectglist(&work.sweepWaiters.list)
1030         unlock(&work.sweepWaiters.lock)
1031
1032         // Release the CPU limiter.
1033         gcCPULimiter.finishGCTransition(now)
1034
1035         // Finish the current heap profiling cycle and start a new
1036         // heap profiling cycle. We do this before starting the world
1037         // so events don't leak into the wrong cycle.
1038         mProf_NextCycle()
1039
1040         // There may be stale spans in mcaches that need to be swept.
1041         // Those aren't tracked in any sweep lists, so we need to
1042         // count them against sweep completion until we ensure all
1043         // those spans have been forced out.
1044         sl := sweep.active.begin()
1045         if !sl.valid {
1046                 throw("failed to set sweep barrier")
1047         }
1048
1049         systemstack(func() { startTheWorldWithSema(true) })
1050
1051         // Flush the heap profile so we can start a new cycle next GC.
1052         // This is relatively expensive, so we don't do it with the
1053         // world stopped.
1054         mProf_Flush()
1055
1056         // Prepare workbufs for freeing by the sweeper. We do this
1057         // asynchronously because it can take non-trivial time.
1058         prepareFreeWorkbufs()
1059
1060         // Free stack spans. This must be done between GC cycles.
1061         systemstack(freeStackSpans)
1062
1063         // Ensure all mcaches are flushed. Each P will flush its own
1064         // mcache before allocating, but idle Ps may not. Since this
1065         // is necessary to sweep all spans, we need to ensure all
1066         // mcaches are flushed before we start the next GC cycle.
1067         systemstack(func() {
1068                 forEachP(func(_p_ *p) {
1069                         _p_.mcache.prepareForSweep()
1070                 })
1071         })
1072         // Now that we've swept stale spans in mcaches, they don't
1073         // count against unswept spans.
1074         sweep.active.end(sl)
1075
1076         // Print gctrace before dropping worldsema. As soon as we drop
1077         // worldsema another cycle could start and smash the stats
1078         // we're trying to print.
1079         if debug.gctrace > 0 {
1080                 util := int(memstats.gc_cpu_fraction * 100)
1081
1082                 var sbuf [24]byte
1083                 printlock()
1084                 print("gc ", memstats.numgc,
1085                         " @", string(itoaDiv(sbuf[:], uint64(work.tSweepTerm-runtimeInitTime)/1e6, 3)), "s ",
1086                         util, "%: ")
1087                 prev := work.tSweepTerm
1088                 for i, ns := range []int64{work.tMark, work.tMarkTerm, work.tEnd} {
1089                         if i != 0 {
1090                                 print("+")
1091                         }
1092                         print(string(fmtNSAsMS(sbuf[:], uint64(ns-prev))))
1093                         prev = ns
1094                 }
1095                 print(" ms clock, ")
1096                 for i, ns := range []int64{
1097                         sweepTermCpu,
1098                         gcController.assistTime.Load(),
1099                         gcController.dedicatedMarkTime + gcController.fractionalMarkTime,
1100                         gcController.idleMarkTime,
1101                         markTermCpu,
1102                 } {
1103                         if i == 2 || i == 3 {
1104                                 // Separate mark time components with /.
1105                                 print("/")
1106                         } else if i != 0 {
1107                                 print("+")
1108                         }
1109                         print(string(fmtNSAsMS(sbuf[:], uint64(ns))))
1110                 }
1111                 print(" ms cpu, ",
1112                         work.heap0>>20, "->", work.heap1>>20, "->", work.heap2>>20, " MB, ",
1113                         gcController.heapGoal()>>20, " MB goal, ",
1114                         gcController.stackScan>>20, " MB stacks, ",
1115                         gcController.globalsScan>>20, " MB globals, ",
1116                         work.maxprocs, " P")
1117                 if work.userForced {
1118                         print(" (forced)")
1119                 }
1120                 print("\n")
1121                 printunlock()
1122         }
1123
1124         semrelease(&worldsema)
1125         semrelease(&gcsema)
1126         // Careful: another GC cycle may start now.
1127
1128         releasem(mp)
1129         mp = nil
1130
1131         // now that gc is done, kick off finalizer thread if needed
1132         if !concurrentSweep {
1133                 // give the queued finalizers, if any, a chance to run
1134                 Gosched()
1135         }
1136 }
1137
1138 // gcBgMarkStartWorkers prepares background mark worker goroutines. These
1139 // goroutines will not run until the mark phase, but they must be started while
1140 // the work is not stopped and from a regular G stack. The caller must hold
1141 // worldsema.
1142 func gcBgMarkStartWorkers() {
1143         // Background marking is performed by per-P G's. Ensure that each P has
1144         // a background GC G.
1145         //
1146         // Worker Gs don't exit if gomaxprocs is reduced. If it is raised
1147         // again, we can reuse the old workers; no need to create new workers.
1148         for gcBgMarkWorkerCount < gomaxprocs {
1149                 go gcBgMarkWorker()
1150
1151                 notetsleepg(&work.bgMarkReady, -1)
1152                 noteclear(&work.bgMarkReady)
1153                 // The worker is now guaranteed to be added to the pool before
1154                 // its P's next findRunnableGCWorker.
1155
1156                 gcBgMarkWorkerCount++
1157         }
1158 }
1159
1160 // gcBgMarkPrepare sets up state for background marking.
1161 // Mutator assists must not yet be enabled.
1162 func gcBgMarkPrepare() {
1163         // Background marking will stop when the work queues are empty
1164         // and there are no more workers (note that, since this is
1165         // concurrent, this may be a transient state, but mark
1166         // termination will clean it up). Between background workers
1167         // and assists, we don't really know how many workers there
1168         // will be, so we pretend to have an arbitrarily large number
1169         // of workers, almost all of which are "waiting". While a
1170         // worker is working it decrements nwait. If nproc == nwait,
1171         // there are no workers.
1172         work.nproc = ^uint32(0)
1173         work.nwait = ^uint32(0)
1174 }
1175
1176 // gcBgMarkWorker is an entry in the gcBgMarkWorkerPool. It points to a single
1177 // gcBgMarkWorker goroutine.
1178 type gcBgMarkWorkerNode struct {
1179         // Unused workers are managed in a lock-free stack. This field must be first.
1180         node lfnode
1181
1182         // The g of this worker.
1183         gp guintptr
1184
1185         // Release this m on park. This is used to communicate with the unlock
1186         // function, which cannot access the G's stack. It is unused outside of
1187         // gcBgMarkWorker().
1188         m muintptr
1189 }
1190
1191 func gcBgMarkWorker() {
1192         gp := getg()
1193
1194         // We pass node to a gopark unlock function, so it can't be on
1195         // the stack (see gopark). Prevent deadlock from recursively
1196         // starting GC by disabling preemption.
1197         gp.m.preemptoff = "GC worker init"
1198         node := new(gcBgMarkWorkerNode)
1199         gp.m.preemptoff = ""
1200
1201         node.gp.set(gp)
1202
1203         node.m.set(acquirem())
1204         notewakeup(&work.bgMarkReady)
1205         // After this point, the background mark worker is generally scheduled
1206         // cooperatively by gcController.findRunnableGCWorker. While performing
1207         // work on the P, preemption is disabled because we are working on
1208         // P-local work buffers. When the preempt flag is set, this puts itself
1209         // into _Gwaiting to be woken up by gcController.findRunnableGCWorker
1210         // at the appropriate time.
1211         //
1212         // When preemption is enabled (e.g., while in gcMarkDone), this worker
1213         // may be preempted and schedule as a _Grunnable G from a runq. That is
1214         // fine; it will eventually gopark again for further scheduling via
1215         // findRunnableGCWorker.
1216         //
1217         // Since we disable preemption before notifying bgMarkReady, we
1218         // guarantee that this G will be in the worker pool for the next
1219         // findRunnableGCWorker. This isn't strictly necessary, but it reduces
1220         // latency between _GCmark starting and the workers starting.
1221
1222         for {
1223                 // Go to sleep until woken by
1224                 // gcController.findRunnableGCWorker.
1225                 gopark(func(g *g, nodep unsafe.Pointer) bool {
1226                         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(nodep)
1227
1228                         if mp := node.m.ptr(); mp != nil {
1229                                 // The worker G is no longer running; release
1230                                 // the M.
1231                                 //
1232                                 // N.B. it is _safe_ to release the M as soon
1233                                 // as we are no longer performing P-local mark
1234                                 // work.
1235                                 //
1236                                 // However, since we cooperatively stop work
1237                                 // when gp.preempt is set, if we releasem in
1238                                 // the loop then the following call to gopark
1239                                 // would immediately preempt the G. This is
1240                                 // also safe, but inefficient: the G must
1241                                 // schedule again only to enter gopark and park
1242                                 // again. Thus, we defer the release until
1243                                 // after parking the G.
1244                                 releasem(mp)
1245                         }
1246
1247                         // Release this G to the pool.
1248                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
1249                         // Note that at this point, the G may immediately be
1250                         // rescheduled and may be running.
1251                         return true
1252                 }, unsafe.Pointer(node), waitReasonGCWorkerIdle, traceEvGoBlock, 0)
1253
1254                 // Preemption must not occur here, or another G might see
1255                 // p.gcMarkWorkerMode.
1256
1257                 // Disable preemption so we can use the gcw. If the
1258                 // scheduler wants to preempt us, we'll stop draining,
1259                 // dispose the gcw, and then preempt.
1260                 node.m.set(acquirem())
1261                 pp := gp.m.p.ptr() // P can't change with preemption disabled.
1262
1263                 if gcBlackenEnabled == 0 {
1264                         println("worker mode", pp.gcMarkWorkerMode)
1265                         throw("gcBgMarkWorker: blackening not enabled")
1266                 }
1267
1268                 if pp.gcMarkWorkerMode == gcMarkWorkerNotWorker {
1269                         throw("gcBgMarkWorker: mode not set")
1270                 }
1271
1272                 startTime := nanotime()
1273                 pp.gcMarkWorkerStartTime = startTime
1274
1275                 decnwait := atomic.Xadd(&work.nwait, -1)
1276                 if decnwait == work.nproc {
1277                         println("runtime: work.nwait=", decnwait, "work.nproc=", work.nproc)
1278                         throw("work.nwait was > work.nproc")
1279                 }
1280
1281                 systemstack(func() {
1282                         // Mark our goroutine preemptible so its stack
1283                         // can be scanned. This lets two mark workers
1284                         // scan each other (otherwise, they would
1285                         // deadlock). We must not modify anything on
1286                         // the G stack. However, stack shrinking is
1287                         // disabled for mark workers, so it is safe to
1288                         // read from the G stack.
1289                         casgstatus(gp, _Grunning, _Gwaiting)
1290                         switch pp.gcMarkWorkerMode {
1291                         default:
1292                                 throw("gcBgMarkWorker: unexpected gcMarkWorkerMode")
1293                         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
1294                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainUntilPreempt|gcDrainFlushBgCredit)
1295                                 if gp.preempt {
1296                                         // We were preempted. This is
1297                                         // a useful signal to kick
1298                                         // everything out of the run
1299                                         // queue so it can run
1300                                         // somewhere else.
1301                                         if drainQ, n := runqdrain(pp); n > 0 {
1302                                                 lock(&sched.lock)
1303                                                 globrunqputbatch(&drainQ, int32(n))
1304                                                 unlock(&sched.lock)
1305                                         }
1306                                 }
1307                                 // Go back to draining, this time
1308                                 // without preemption.
1309                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainFlushBgCredit)
1310                         case gcMarkWorkerFractionalMode:
1311                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainFractional|gcDrainUntilPreempt|gcDrainFlushBgCredit)
1312                         case gcMarkWorkerIdleMode:
1313                                 gcDrain(&pp.gcw, gcDrainIdle|gcDrainUntilPreempt|gcDrainFlushBgCredit)
1314                         }
1315                         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
1316                 })
1317
1318                 // Account for time and mark us as stopped.
1319                 duration := nanotime() - startTime
1320                 gcController.markWorkerStop(pp.gcMarkWorkerMode, duration)
1321                 if pp.gcMarkWorkerMode == gcMarkWorkerFractionalMode {
1322                         atomic.Xaddint64(&pp.gcFractionalMarkTime, duration)
1323                 }
1324
1325                 // Was this the last worker and did we run out
1326                 // of work?
1327                 incnwait := atomic.Xadd(&work.nwait, +1)
1328                 if incnwait > work.nproc {
1329                         println("runtime: p.gcMarkWorkerMode=", pp.gcMarkWorkerMode,
1330                                 "work.nwait=", incnwait, "work.nproc=", work.nproc)
1331                         throw("work.nwait > work.nproc")
1332                 }
1333
1334                 // We'll releasem after this point and thus this P may run
1335                 // something else. We must clear the worker mode to avoid
1336                 // attributing the mode to a different (non-worker) G in
1337                 // traceGoStart.
1338                 pp.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerNotWorker
1339
1340                 // If this worker reached a background mark completion
1341                 // point, signal the main GC goroutine.
1342                 if incnwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(nil) {
1343                         // We don't need the P-local buffers here, allow
1344                         // preemption because we may schedule like a regular
1345                         // goroutine in gcMarkDone (block on locks, etc).
1346                         releasem(node.m.ptr())
1347                         node.m.set(nil)
1348
1349                         gcMarkDone()
1350                 }
1351         }
1352 }
1353
1354 // gcMarkWorkAvailable reports whether executing a mark worker
1355 // on p is potentially useful. p may be nil, in which case it only
1356 // checks the global sources of work.
1357 func gcMarkWorkAvailable(p *p) bool {
1358         if p != nil && !p.gcw.empty() {
1359                 return true
1360         }
1361         if !work.full.empty() {
1362                 return true // global work available
1363         }
1364         if work.markrootNext < work.markrootJobs {
1365                 return true // root scan work available
1366         }
1367         return false
1368 }
1369
1370 // gcMark runs the mark (or, for concurrent GC, mark termination)
1371 // All gcWork caches must be empty.
1372 // STW is in effect at this point.
1373 func gcMark(startTime int64) {
1374         if debug.allocfreetrace > 0 {
1375                 tracegc()
1376         }
1377
1378         if gcphase != _GCmarktermination {
1379                 throw("in gcMark expecting to see gcphase as _GCmarktermination")
1380         }
1381         work.tstart = startTime
1382
1383         // Check that there's no marking work remaining.
1384         if work.full != 0 || work.markrootNext < work.markrootJobs {
1385                 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")
1386                 panic("non-empty mark queue after concurrent mark")
1387         }
1388
1389         if debug.gccheckmark > 0 {
1390                 // This is expensive when there's a large number of
1391                 // Gs, so only do it if checkmark is also enabled.
1392                 gcMarkRootCheck()
1393         }
1394         if work.full != 0 {
1395                 throw("work.full != 0")
1396         }
1397
1398         // Drop allg snapshot. allgs may have grown, in which case
1399         // this is the only reference to the old backing store and
1400         // there's no need to keep it around.
1401         work.stackRoots = nil
1402
1403         // Clear out buffers and double-check that all gcWork caches
1404         // are empty. This should be ensured by gcMarkDone before we
1405         // enter mark termination.
1406         //
1407         // TODO: We could clear out buffers just before mark if this
1408         // has a non-negligible impact on STW time.
1409         for _, p := range allp {
1410                 // The write barrier may have buffered pointers since
1411                 // the gcMarkDone barrier. However, since the barrier
1412                 // ensured all reachable objects were marked, all of
1413                 // these must be pointers to black objects. Hence we
1414                 // can just discard the write barrier buffer.
1415                 if debug.gccheckmark > 0 {
1416                         // For debugging, flush the buffer and make
1417                         // sure it really was all marked.
1418                         wbBufFlush1(p)
1419                 } else {
1420                         p.wbBuf.reset()
1421                 }
1422
1423                 gcw := &p.gcw
1424                 if !gcw.empty() {
1425                         printlock()
1426                         print("runtime: P ", p.id, " flushedWork ", gcw.flushedWork)
1427                         if gcw.wbuf1 == nil {
1428                                 print(" wbuf1=<nil>")
1429                         } else {
1430                                 print(" wbuf1.n=", gcw.wbuf1.nobj)
1431                         }
1432                         if gcw.wbuf2 == nil {
1433                                 print(" wbuf2=<nil>")
1434                         } else {
1435                                 print(" wbuf2.n=", gcw.wbuf2.nobj)
1436                         }
1437                         print("\n")
1438                         throw("P has cached GC work at end of mark termination")
1439                 }
1440                 // There may still be cached empty buffers, which we
1441                 // need to flush since we're going to free them. Also,
1442                 // there may be non-zero stats because we allocated
1443                 // black after the gcMarkDone barrier.
1444                 gcw.dispose()
1445         }
1446
1447         // Flush scanAlloc from each mcache since we're about to modify
1448         // heapScan directly. If we were to flush this later, then scanAlloc
1449         // might have incorrect information.
1450         //
1451         // Note that it's not important to retain this information; we know
1452         // exactly what heapScan is at this point via scanWork.
1453         for _, p := range allp {
1454                 c := p.mcache
1455                 if c == nil {
1456                         continue
1457                 }
1458                 c.scanAlloc = 0
1459         }
1460
1461         // Reset controller state.
1462         gcController.resetLive(work.bytesMarked)
1463 }
1464
1465 // gcSweep must be called on the system stack because it acquires the heap
1466 // lock. See mheap for details.
1467 //
1468 // The world must be stopped.
1469 //
1470 //go:systemstack
1471 func gcSweep(mode gcMode) {
1472         assertWorldStopped()
1473
1474         if gcphase != _GCoff {
1475                 throw("gcSweep being done but phase is not GCoff")
1476         }
1477
1478         lock(&mheap_.lock)
1479         mheap_.sweepgen += 2
1480         sweep.active.reset()
1481         mheap_.pagesSwept.Store(0)
1482         mheap_.sweepArenas = mheap_.allArenas
1483         mheap_.reclaimIndex.Store(0)
1484         mheap_.reclaimCredit.Store(0)
1485         unlock(&mheap_.lock)
1486
1487         sweep.centralIndex.clear()
1488
1489         if !_ConcurrentSweep || mode == gcForceBlockMode {
1490                 // Special case synchronous sweep.
1491                 // Record that no proportional sweeping has to happen.
1492                 lock(&mheap_.lock)
1493                 mheap_.sweepPagesPerByte = 0
1494                 unlock(&mheap_.lock)
1495                 // Sweep all spans eagerly.
1496                 for sweepone() != ^uintptr(0) {
1497                         sweep.npausesweep++
1498                 }
1499                 // Free workbufs eagerly.
1500                 prepareFreeWorkbufs()
1501                 for freeSomeWbufs(false) {
1502                 }
1503                 // All "free" events for this mark/sweep cycle have
1504                 // now happened, so we can make this profile cycle
1505                 // available immediately.
1506                 mProf_NextCycle()
1507                 mProf_Flush()
1508                 return
1509         }
1510
1511         // Background sweep.
1512         lock(&sweep.lock)
1513         if sweep.parked {
1514                 sweep.parked = false
1515                 ready(sweep.g, 0, true)
1516         }
1517         unlock(&sweep.lock)
1518 }
1519
1520 // gcResetMarkState resets global state prior to marking (concurrent
1521 // or STW) and resets the stack scan state of all Gs.
1522 //
1523 // This is safe to do without the world stopped because any Gs created
1524 // during or after this will start out in the reset state.
1525 //
1526 // gcResetMarkState must be called on the system stack because it acquires
1527 // the heap lock. See mheap for details.
1528 //
1529 //go:systemstack
1530 func gcResetMarkState() {
1531         // This may be called during a concurrent phase, so lock to make sure
1532         // allgs doesn't change.
1533         forEachG(func(gp *g) {
1534                 gp.gcscandone = false // set to true in gcphasework
1535                 gp.gcAssistBytes = 0
1536         })
1537
1538         // Clear page marks. This is just 1MB per 64GB of heap, so the
1539         // time here is pretty trivial.
1540         lock(&mheap_.lock)
1541         arenas := mheap_.allArenas
1542         unlock(&mheap_.lock)
1543         for _, ai := range arenas {
1544                 ha := mheap_.arenas[ai.l1()][ai.l2()]
1545                 for i := range ha.pageMarks {
1546                         ha.pageMarks[i] = 0
1547                 }
1548         }
1549
1550         work.bytesMarked = 0
1551         work.initialHeapLive = atomic.Load64(&gcController.heapLive)
1552 }
1553
1554 // Hooks for other packages
1555
1556 var poolcleanup func()
1557 var boringCaches []unsafe.Pointer // for crypto/internal/boring
1558
1559 //go:linkname sync_runtime_registerPoolCleanup sync.runtime_registerPoolCleanup
1560 func sync_runtime_registerPoolCleanup(f func()) {
1561         poolcleanup = f
1562 }
1563
1564 //go:linkname boring_registerCache crypto/internal/boring.registerCache
1565 func boring_registerCache(p unsafe.Pointer) {
1566         boringCaches = append(boringCaches, p)
1567 }
1568
1569 func clearpools() {
1570         // clear sync.Pools
1571         if poolcleanup != nil {
1572                 poolcleanup()
1573         }
1574
1575         // clear boringcrypto caches
1576         for _, p := range boringCaches {
1577                 atomicstorep(p, nil)
1578         }
1579
1580         // Clear central sudog cache.
1581         // Leave per-P caches alone, they have strictly bounded size.
1582         // Disconnect cached list before dropping it on the floor,
1583         // so that a dangling ref to one entry does not pin all of them.
1584         lock(&sched.sudoglock)
1585         var sg, sgnext *sudog
1586         for sg = sched.sudogcache; sg != nil; sg = sgnext {
1587                 sgnext = sg.next
1588                 sg.next = nil
1589         }
1590         sched.sudogcache = nil
1591         unlock(&sched.sudoglock)
1592
1593         // Clear central defer pool.
1594         // Leave per-P pools alone, they have strictly bounded size.
1595         lock(&sched.deferlock)
1596         // disconnect cached list before dropping it on the floor,
1597         // so that a dangling ref to one entry does not pin all of them.
1598         var d, dlink *_defer
1599         for d = sched.deferpool; d != nil; d = dlink {
1600                 dlink = d.link
1601                 d.link = nil
1602         }
1603         sched.deferpool = nil
1604         unlock(&sched.deferlock)
1605 }
1606
1607 // Timing
1608
1609 // itoaDiv formats val/(10**dec) into buf.
1610 func itoaDiv(buf []byte, val uint64, dec int) []byte {
1611         i := len(buf) - 1
1612         idec := i - dec
1613         for val >= 10 || i >= idec {
1614                 buf[i] = byte(val%10 + '0')
1615                 i--
1616                 if i == idec {
1617                         buf[i] = '.'
1618                         i--
1619                 }
1620                 val /= 10
1621         }
1622         buf[i] = byte(val + '0')
1623         return buf[i:]
1624 }
1625
1626 // fmtNSAsMS nicely formats ns nanoseconds as milliseconds.
1627 func fmtNSAsMS(buf []byte, ns uint64) []byte {
1628         if ns >= 10e6 {
1629                 // Format as whole milliseconds.
1630                 return itoaDiv(buf, ns/1e6, 0)
1631         }
1632         // Format two digits of precision, with at most three decimal places.
1633         x := ns / 1e3
1634         if x == 0 {
1635                 buf[0] = '0'
1636                 return buf[:1]
1637         }
1638         dec := 3
1639         for x >= 100 {
1640                 x /= 10
1641                 dec--
1642         }
1643         return itoaDiv(buf, x, dec)
1644 }
1645
1646 // Helpers for testing GC.
1647
1648 // gcTestMoveStackOnNextCall causes the stack to be moved on a call
1649 // immediately following the call to this. It may not work correctly
1650 // if any other work appears after this call (such as returning).
1651 // Typically the following call should be marked go:noinline so it
1652 // performs a stack check.
1653 //
1654 // In rare cases this may not cause the stack to move, specifically if
1655 // there's a preemption between this call and the next.
1656 func gcTestMoveStackOnNextCall() {
1657         gp := getg()
1658         gp.stackguard0 = stackForceMove
1659 }
1660
1661 // gcTestIsReachable performs a GC and returns a bit set where bit i
1662 // is set if ptrs[i] is reachable.
1663 func gcTestIsReachable(ptrs ...unsafe.Pointer) (mask uint64) {
1664         // This takes the pointers as unsafe.Pointers in order to keep
1665         // them live long enough for us to attach specials. After
1666         // that, we drop our references to them.
1667
1668         if len(ptrs) > 64 {
1669                 panic("too many pointers for uint64 mask")
1670         }
1671
1672         // Block GC while we attach specials and drop our references
1673         // to ptrs. Otherwise, if a GC is in progress, it could mark
1674         // them reachable via this function before we have a chance to
1675         // drop them.
1676         semacquire(&gcsema)
1677
1678         // Create reachability specials for ptrs.
1679         specials := make([]*specialReachable, len(ptrs))
1680         for i, p := range ptrs {
1681                 lock(&mheap_.speciallock)
1682                 s := (*specialReachable)(mheap_.specialReachableAlloc.alloc())
1683                 unlock(&mheap_.speciallock)
1684                 s.special.kind = _KindSpecialReachable
1685                 if !addspecial(p, &s.special) {
1686                         throw("already have a reachable special (duplicate pointer?)")
1687                 }
1688                 specials[i] = s
1689                 // Make sure we don't retain ptrs.
1690                 ptrs[i] = nil
1691         }
1692
1693         semrelease(&gcsema)
1694
1695         // Force a full GC and sweep.
1696         GC()
1697
1698         // Process specials.
1699         for i, s := range specials {
1700                 if !s.done {
1701                         printlock()
1702                         println("runtime: object", i, "was not swept")
1703                         throw("IsReachable failed")
1704                 }
1705                 if s.reachable {
1706                         mask |= 1 << i
1707                 }
1708                 lock(&mheap_.speciallock)
1709                 mheap_.specialReachableAlloc.free(unsafe.Pointer(s))
1710                 unlock(&mheap_.speciallock)
1711         }
1712
1713         return mask
1714 }
1715
1716 // gcTestPointerClass returns the category of what p points to, one of:
1717 // "heap", "stack", "data", "bss", "other". This is useful for checking
1718 // that a test is doing what it's intended to do.
1719 //
1720 // This is nosplit simply to avoid extra pointer shuffling that may
1721 // complicate a test.
1722 //
1723 //go:nosplit
1724 func gcTestPointerClass(p unsafe.Pointer) string {
1725         p2 := uintptr(noescape(p))
1726         gp := getg()
1727         if gp.stack.lo <= p2 && p2 < gp.stack.hi {
1728                 return "stack"
1729         }
1730         if base, _, _ := findObject(p2, 0, 0); base != 0 {
1731                 return "heap"
1732         }
1733         for _, datap := range activeModules() {
1734                 if datap.data <= p2 && p2 < datap.edata || datap.noptrdata <= p2 && p2 < datap.enoptrdata {
1735                         return "data"
1736                 }
1737                 if datap.bss <= p2 && p2 < datap.ebss || datap.noptrbss <= p2 && p2 <= datap.enoptrbss {
1738                         return "bss"
1739                 }
1740         }
1741         KeepAlive(p)
1742         return "other"
1743 }