]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgcpacer.go
runtime: fix hard goal calculation
[gostls13.git] / src / runtime / mgcpacer.go
1 // Copyright 2021 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 package runtime
6
7 import (
8         "internal/cpu"
9         "internal/goexperiment"
10         "runtime/internal/atomic"
11         "unsafe"
12 )
13
14 const (
15         // gcGoalUtilization is the goal CPU utilization for
16         // marking as a fraction of GOMAXPROCS.
17         gcGoalUtilization = goexperiment.PacerRedesignInt*gcBackgroundUtilization +
18                 (1-goexperiment.PacerRedesignInt)*(gcBackgroundUtilization+0.05)
19
20         // gcBackgroundUtilization is the fixed CPU utilization for background
21         // marking. It must be <= gcGoalUtilization. The difference between
22         // gcGoalUtilization and gcBackgroundUtilization will be made up by
23         // mark assists. The scheduler will aim to use within 50% of this
24         // goal.
25         //
26         // Setting this to < gcGoalUtilization avoids saturating the trigger
27         // feedback controller when there are no assists, which allows it to
28         // better control CPU and heap growth. However, the larger the gap,
29         // the more mutator assists are expected to happen, which impact
30         // mutator latency.
31         //
32         // If goexperiment.PacerRedesign, the trigger feedback controller
33         // is replaced with an estimate of the mark/cons ratio that doesn't
34         // have the same saturation issues, so this is set equal to
35         // gcGoalUtilization.
36         gcBackgroundUtilization = 0.25
37
38         // gcCreditSlack is the amount of scan work credit that can
39         // accumulate locally before updating gcController.heapScanWork and,
40         // optionally, gcController.bgScanCredit. Lower values give a more
41         // accurate assist ratio and make it more likely that assists will
42         // successfully steal background credit. Higher values reduce memory
43         // contention.
44         gcCreditSlack = 2000
45
46         // gcAssistTimeSlack is the nanoseconds of mutator assist time that
47         // can accumulate on a P before updating gcController.assistTime.
48         gcAssistTimeSlack = 5000
49
50         // gcOverAssistWork determines how many extra units of scan work a GC
51         // assist does when an assist happens. This amortizes the cost of an
52         // assist by pre-paying for this many bytes of future allocations.
53         gcOverAssistWork = 64 << 10
54
55         // defaultHeapMinimum is the value of heapMinimum for GOGC==100.
56         defaultHeapMinimum = goexperiment.PacerRedesignInt*(512<<10) +
57                 (1-goexperiment.PacerRedesignInt)*(4<<20)
58
59         // scannableStackSizeSlack is the bytes of stack space allocated or freed
60         // that can accumulate on a P before updating gcController.stackSize.
61         scannableStackSizeSlack = 8 << 10
62 )
63
64 func init() {
65         if offset := unsafe.Offsetof(gcController.heapLive); offset%8 != 0 {
66                 println(offset)
67                 throw("gcController.heapLive not aligned to 8 bytes")
68         }
69 }
70
71 // gcController implements the GC pacing controller that determines
72 // when to trigger concurrent garbage collection and how much marking
73 // work to do in mutator assists and background marking.
74 //
75 // It uses a feedback control algorithm to adjust the gcController.trigger
76 // trigger based on the heap growth and GC CPU utilization each cycle.
77 // This algorithm optimizes for heap growth to match GOGC and for CPU
78 // utilization between assist and background marking to be 25% of
79 // GOMAXPROCS. The high-level design of this algorithm is documented
80 // at https://golang.org/s/go15gcpacing.
81 //
82 // All fields of gcController are used only during a single mark
83 // cycle.
84 var gcController gcControllerState
85
86 type gcControllerState struct {
87         // Initialized from $GOGC. GOGC=off means no GC.
88         //
89         // Updated atomically with mheap_.lock held or during a STW.
90         // Safe to read atomically at any time, or non-atomically with
91         // mheap_.lock or STW.
92         gcPercent int32
93
94         _ uint32 // padding so following 64-bit values are 8-byte aligned
95
96         // heapMinimum is the minimum heap size at which to trigger GC.
97         // For small heaps, this overrides the usual GOGC*live set rule.
98         //
99         // When there is a very small live set but a lot of allocation, simply
100         // collecting when the heap reaches GOGC*live results in many GC
101         // cycles and high total per-GC overhead. This minimum amortizes this
102         // per-GC overhead while keeping the heap reasonably small.
103         //
104         // During initialization this is set to 4MB*GOGC/100. In the case of
105         // GOGC==0, this will set heapMinimum to 0, resulting in constant
106         // collection even when the heap size is small, which is useful for
107         // debugging.
108         heapMinimum uint64
109
110         // triggerRatio is the heap growth ratio that triggers marking.
111         //
112         // E.g., if this is 0.6, then GC should start when the live
113         // heap has reached 1.6 times the heap size marked by the
114         // previous cycle. This should be ≤ GOGC/100 so the trigger
115         // heap size is less than the goal heap size. This is set
116         // during mark termination for the next cycle's trigger.
117         //
118         // Protected by mheap_.lock or a STW.
119         //
120         // Used if !goexperiment.PacerRedesign.
121         triggerRatio float64
122
123         // trigger is the heap size that triggers marking.
124         //
125         // When heapLive ≥ trigger, the mark phase will start.
126         // This is also the heap size by which proportional sweeping
127         // must be complete.
128         //
129         // This is computed from triggerRatio during mark termination
130         // for the next cycle's trigger.
131         //
132         // Protected by mheap_.lock or a STW.
133         trigger uint64
134
135         // consMark is the estimated per-CPU consMark ratio for the application.
136         //
137         // It represents the ratio between the application's allocation
138         // rate, as bytes allocated per CPU-time, and the GC's scan rate,
139         // as bytes scanned per CPU-time.
140         // The units of this ratio are (B / cpu-ns) / (B / cpu-ns).
141         //
142         // At a high level, this value is computed as the bytes of memory
143         // allocated (cons) per unit of scan work completed (mark) in a GC
144         // cycle, divided by the CPU time spent on each activity.
145         //
146         // Updated at the end of each GC cycle, in endCycle.
147         //
148         // For goexperiment.PacerRedesign.
149         consMark float64
150
151         // consMarkController holds the state for the mark-cons ratio
152         // estimation over time.
153         //
154         // Its purpose is to smooth out noisiness in the computation of
155         // consMark; see consMark for details.
156         //
157         // For goexperiment.PacerRedesign.
158         consMarkController piController
159
160         // heapGoal is the goal heapLive for when next GC ends.
161         // Set to ^uint64(0) if disabled.
162         //
163         // Read and written atomically, unless the world is stopped.
164         heapGoal uint64
165
166         // lastHeapGoal is the value of heapGoal for the previous GC.
167         // Note that this is distinct from the last value heapGoal had,
168         // because it could change if e.g. gcPercent changes.
169         //
170         // Read and written with the world stopped or with mheap_.lock held.
171         lastHeapGoal uint64
172
173         // heapLive is the number of bytes considered live by the GC.
174         // That is: retained by the most recent GC plus allocated
175         // since then. heapLive ≤ memstats.heapAlloc, since heapAlloc includes
176         // unmarked objects that have not yet been swept (and hence goes up as we
177         // allocate and down as we sweep) while heapLive excludes these
178         // objects (and hence only goes up between GCs).
179         //
180         // This is updated atomically without locking. To reduce
181         // contention, this is updated only when obtaining a span from
182         // an mcentral and at this point it counts all of the
183         // unallocated slots in that span (which will be allocated
184         // before that mcache obtains another span from that
185         // mcentral). Hence, it slightly overestimates the "true" live
186         // heap size. It's better to overestimate than to
187         // underestimate because 1) this triggers the GC earlier than
188         // necessary rather than potentially too late and 2) this
189         // leads to a conservative GC rate rather than a GC rate that
190         // is potentially too low.
191         //
192         // Reads should likewise be atomic (or during STW).
193         //
194         // Whenever this is updated, call traceHeapAlloc() and
195         // this gcControllerState's revise() method.
196         heapLive uint64
197
198         // heapScan is the number of bytes of "scannable" heap. This
199         // is the live heap (as counted by heapLive), but omitting
200         // no-scan objects and no-scan tails of objects.
201         //
202         // For !goexperiment.PacerRedesign: Whenever this is updated,
203         // call this gcControllerState's revise() method. It is read
204         // and written atomically or with the world stopped.
205         //
206         // For goexperiment.PacerRedesign: This value is fixed at the
207         // start of a GC cycle, so during a GC cycle it is safe to
208         // read without atomics, and it represents the maximum scannable
209         // heap.
210         heapScan uint64
211
212         // lastHeapScan is the number of bytes of heap that were scanned
213         // last GC cycle. It is the same as heapMarked, but only
214         // includes the "scannable" parts of objects.
215         //
216         // Updated when the world is stopped.
217         lastHeapScan uint64
218
219         // stackScan is a snapshot of scannableStackSize taken at each GC
220         // STW pause and is used in pacing decisions.
221         //
222         // Updated only while the world is stopped.
223         stackScan uint64
224
225         // scannableStackSize is the amount of allocated goroutine stack space in
226         // use by goroutines.
227         //
228         // This number tracks allocated goroutine stack space rather than used
229         // goroutine stack space (i.e. what is actually scanned) because used
230         // goroutine stack space is much harder to measure cheaply. By using
231         // allocated space, we make an overestimate; this is OK, it's better
232         // to conservatively overcount than undercount.
233         //
234         // Read and updated atomically.
235         scannableStackSize uint64
236
237         // globalsScan is the total amount of global variable space
238         // that is scannable.
239         //
240         // Read and updated atomically.
241         globalsScan uint64
242
243         // heapMarked is the number of bytes marked by the previous
244         // GC. After mark termination, heapLive == heapMarked, but
245         // unlike heapLive, heapMarked does not change until the
246         // next mark termination.
247         heapMarked uint64
248
249         // heapScanWork is the total heap scan work performed this cycle.
250         // stackScanWork is the total stack scan work performed this cycle.
251         // globalsScanWork is the total globals scan work performed this cycle.
252         //
253         // These are updated atomically during the cycle. Updates occur in
254         // bounded batches, since they are both written and read
255         // throughout the cycle. At the end of the cycle, heapScanWork is how
256         // much of the retained heap is scannable.
257         //
258         // Currently these are measured in bytes. For most uses, this is an
259         // opaque unit of work, but for estimation the definition is important.
260         //
261         // Note that stackScanWork includes all allocated space, not just the
262         // size of the stack itself, mirroring stackSize.
263         //
264         // For !goexperiment.PacerRedesign, stackScanWork and globalsScanWork
265         // are always zero.
266         heapScanWork    atomic.Int64
267         stackScanWork   atomic.Int64
268         globalsScanWork atomic.Int64
269
270         // bgScanCredit is the scan work credit accumulated by the
271         // concurrent background scan. This credit is accumulated by
272         // the background scan and stolen by mutator assists. This is
273         // updated atomically. Updates occur in bounded batches, since
274         // it is both written and read throughout the cycle.
275         bgScanCredit int64
276
277         // assistTime is the nanoseconds spent in mutator assists
278         // during this cycle. This is updated atomically. Updates
279         // occur in bounded batches, since it is both written and read
280         // throughout the cycle.
281         assistTime int64
282
283         // dedicatedMarkTime is the nanoseconds spent in dedicated
284         // mark workers during this cycle. This is updated atomically
285         // at the end of the concurrent mark phase.
286         dedicatedMarkTime int64
287
288         // fractionalMarkTime is the nanoseconds spent in the
289         // fractional mark worker during this cycle. This is updated
290         // atomically throughout the cycle and will be up-to-date if
291         // the fractional mark worker is not currently running.
292         fractionalMarkTime int64
293
294         // idleMarkTime is the nanoseconds spent in idle marking
295         // during this cycle. This is updated atomically throughout
296         // the cycle.
297         idleMarkTime int64
298
299         // markStartTime is the absolute start time in nanoseconds
300         // that assists and background mark workers started.
301         markStartTime int64
302
303         // dedicatedMarkWorkersNeeded is the number of dedicated mark
304         // workers that need to be started. This is computed at the
305         // beginning of each cycle and decremented atomically as
306         // dedicated mark workers get started.
307         dedicatedMarkWorkersNeeded int64
308
309         // assistWorkPerByte is the ratio of scan work to allocated
310         // bytes that should be performed by mutator assists. This is
311         // computed at the beginning of each cycle and updated every
312         // time heapScan is updated.
313         assistWorkPerByte atomic.Float64
314
315         // assistBytesPerWork is 1/assistWorkPerByte.
316         //
317         // Note that because this is read and written independently
318         // from assistWorkPerByte users may notice a skew between
319         // the two values, and such a state should be safe.
320         assistBytesPerWork atomic.Float64
321
322         // fractionalUtilizationGoal is the fraction of wall clock
323         // time that should be spent in the fractional mark worker on
324         // each P that isn't running a dedicated worker.
325         //
326         // For example, if the utilization goal is 25% and there are
327         // no dedicated workers, this will be 0.25. If the goal is
328         // 25%, there is one dedicated worker, and GOMAXPROCS is 5,
329         // this will be 0.05 to make up the missing 5%.
330         //
331         // If this is zero, no fractional workers are needed.
332         fractionalUtilizationGoal float64
333
334         // test indicates that this is a test-only copy of gcControllerState.
335         test bool
336
337         _ cpu.CacheLinePad
338 }
339
340 func (c *gcControllerState) init(gcPercent int32) {
341         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum
342
343         if goexperiment.PacerRedesign {
344                 c.consMarkController = piController{
345                         // Tuned first via the Ziegler-Nichols process in simulation,
346                         // then the integral time was manually tuned against real-world
347                         // applications to deal with noisiness in the measured cons/mark
348                         // ratio.
349                         kp: 0.9,
350                         ti: 4.0,
351
352                         // An update is done once per GC cycle.
353                         period: 1,
354
355                         // Set a high reset time in GC cycles.
356                         // This is inversely proportional to the rate at which we
357                         // accumulate error from clipping. By making this very high
358                         // we make the accumulation slow. In general, clipping is
359                         // OK in our situation, hence the choice.
360                         //
361                         // Tune this if we get unintended effects from clipping for
362                         // a long time.
363                         tt:  1000,
364                         min: -1000,
365                         max: 1000,
366                 }
367         } else {
368                 // Set a reasonable initial GC trigger.
369                 c.triggerRatio = 7 / 8.0
370
371                 // Fake a heapMarked value so it looks like a trigger at
372                 // heapMinimum is the appropriate growth from heapMarked.
373                 // This will go into computing the initial GC goal.
374                 c.heapMarked = uint64(float64(c.heapMinimum) / (1 + c.triggerRatio))
375         }
376
377         // This will also compute and set the GC trigger and goal.
378         c.setGCPercent(gcPercent)
379 }
380
381 // startCycle resets the GC controller's state and computes estimates
382 // for a new GC cycle. The caller must hold worldsema and the world
383 // must be stopped.
384 func (c *gcControllerState) startCycle(markStartTime int64, procs int) {
385         c.heapScanWork.Store(0)
386         c.stackScanWork.Store(0)
387         c.globalsScanWork.Store(0)
388         c.bgScanCredit = 0
389         c.assistTime = 0
390         c.dedicatedMarkTime = 0
391         c.fractionalMarkTime = 0
392         c.idleMarkTime = 0
393         c.markStartTime = markStartTime
394         c.stackScan = atomic.Load64(&c.scannableStackSize)
395
396         // Ensure that the heap goal is at least a little larger than
397         // the current live heap size. This may not be the case if GC
398         // start is delayed or if the allocation that pushed gcController.heapLive
399         // over trigger is large or if the trigger is really close to
400         // GOGC. Assist is proportional to this distance, so enforce a
401         // minimum distance, even if it means going over the GOGC goal
402         // by a tiny bit.
403         if goexperiment.PacerRedesign {
404                 if c.heapGoal < c.heapLive+64<<10 {
405                         c.heapGoal = c.heapLive + 64<<10
406                 }
407         } else {
408                 if c.heapGoal < c.heapLive+1<<20 {
409                         c.heapGoal = c.heapLive + 1<<20
410                 }
411         }
412
413         // Compute the background mark utilization goal. In general,
414         // this may not come out exactly. We round the number of
415         // dedicated workers so that the utilization is closest to
416         // 25%. For small GOMAXPROCS, this would introduce too much
417         // error, so we add fractional workers in that case.
418         totalUtilizationGoal := float64(procs) * gcBackgroundUtilization
419         c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(totalUtilizationGoal + 0.5)
420         utilError := float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)/totalUtilizationGoal - 1
421         const maxUtilError = 0.3
422         if utilError < -maxUtilError || utilError > maxUtilError {
423                 // Rounding put us more than 30% off our goal. With
424                 // gcBackgroundUtilization of 25%, this happens for
425                 // GOMAXPROCS<=3 or GOMAXPROCS=6. Enable fractional
426                 // workers to compensate.
427                 if float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded) > totalUtilizationGoal {
428                         // Too many dedicated workers.
429                         c.dedicatedMarkWorkersNeeded--
430                 }
431                 c.fractionalUtilizationGoal = (totalUtilizationGoal - float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)) / float64(procs)
432         } else {
433                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
434         }
435
436         // In STW mode, we just want dedicated workers.
437         if debug.gcstoptheworld > 0 {
438                 c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(procs)
439                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
440         }
441
442         // Clear per-P state
443         for _, p := range allp {
444                 p.gcAssistTime = 0
445                 p.gcFractionalMarkTime = 0
446         }
447
448         // Compute initial values for controls that are updated
449         // throughout the cycle.
450         c.revise()
451
452         if debug.gcpacertrace > 0 {
453                 assistRatio := c.assistWorkPerByte.Load()
454                 print("pacer: assist ratio=", assistRatio,
455                         " (scan ", gcController.heapScan>>20, " MB in ",
456                         work.initialHeapLive>>20, "->",
457                         c.heapGoal>>20, " MB)",
458                         " workers=", c.dedicatedMarkWorkersNeeded,
459                         "+", c.fractionalUtilizationGoal, "\n")
460         }
461 }
462
463 // revise updates the assist ratio during the GC cycle to account for
464 // improved estimates. This should be called whenever gcController.heapScan,
465 // gcController.heapLive, or gcController.heapGoal is updated. It is safe to
466 // call concurrently, but it may race with other calls to revise.
467 //
468 // The result of this race is that the two assist ratio values may not line
469 // up or may be stale. In practice this is OK because the assist ratio
470 // moves slowly throughout a GC cycle, and the assist ratio is a best-effort
471 // heuristic anyway. Furthermore, no part of the heuristic depends on
472 // the two assist ratio values being exact reciprocals of one another, since
473 // the two values are used to convert values from different sources.
474 //
475 // The worst case result of this raciness is that we may miss a larger shift
476 // in the ratio (say, if we decide to pace more aggressively against the
477 // hard heap goal) but even this "hard goal" is best-effort (see #40460).
478 // The dedicated GC should ensure we don't exceed the hard goal by too much
479 // in the rare case we do exceed it.
480 //
481 // It should only be called when gcBlackenEnabled != 0 (because this
482 // is when assists are enabled and the necessary statistics are
483 // available).
484 func (c *gcControllerState) revise() {
485         gcPercent := atomic.Loadint32(&c.gcPercent)
486         if gcPercent < 0 {
487                 // If GC is disabled but we're running a forced GC,
488                 // act like GOGC is huge for the below calculations.
489                 gcPercent = 100000
490         }
491         live := atomic.Load64(&c.heapLive)
492         scan := atomic.Load64(&c.heapScan)
493         work := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
494
495         // Assume we're under the soft goal. Pace GC to complete at
496         // heapGoal assuming the heap is in steady-state.
497         heapGoal := int64(atomic.Load64(&c.heapGoal))
498
499         var scanWorkExpected int64
500         if goexperiment.PacerRedesign {
501                 // The expected scan work is computed as the amount of bytes scanned last
502                 // GC cycle, plus our estimate of stacks and globals work for this cycle.
503                 scanWorkExpected = int64(c.lastHeapScan + c.stackScan + c.globalsScan)
504
505                 // maxScanWork is a worst-case estimate of the amount of scan work that
506                 // needs to be performed in this GC cycle. Specifically, it represents
507                 // the case where *all* scannable memory turns out to be live.
508                 maxScanWork := int64(scan + c.stackScan + c.globalsScan)
509                 if work > scanWorkExpected {
510                         // We've already done more scan work than expected. Because our expectation
511                         // is based on a steady-state scannable heap size, we assume this means our
512                         // heap is growing. Compute a new heap goal that takes our existing runway
513                         // computed for scanWorkExpected and extrapolates it to maxScanWork, the worst-case
514                         // scan work. This keeps our assist ratio stable if the heap continues to grow.
515                         //
516                         // The effect of this mechanism is that assists stay flat in the face of heap
517                         // growths. It's OK to use more memory this cycle to scan all the live heap,
518                         // because the next GC cycle is inevitably going to use *at least* that much
519                         // memory anyway.
520                         extHeapGoal := int64(float64(heapGoal-int64(c.trigger))/float64(scanWorkExpected)*float64(maxScanWork)) + int64(c.trigger)
521                         scanWorkExpected = maxScanWork
522
523                         // hardGoal is a hard limit on the amount that we're willing to push back the
524                         // heap goal, and that's twice the heap goal (i.e. if GOGC=100 and the heap and/or
525                         // stacks and/or globals grow to twice their size, this limits the current GC cycle's
526                         // growth to 4x the original live heap's size).
527                         //
528                         // This maintains the invariant that we use no more memory than the next GC cycle
529                         // will anyway.
530                         hardGoal := int64((1.0 + float64(gcPercent)/100.0) * float64(heapGoal))
531                         if extHeapGoal > hardGoal {
532                                 extHeapGoal = hardGoal
533                         }
534                         heapGoal = extHeapGoal
535                 }
536                 if int64(live) > heapGoal {
537                         // We're already past our heap goal, even the extrapolated one.
538                         // Leave ourselves some extra runway, so in the worst case we
539                         // finish by that point.
540                         const maxOvershoot = 1.1
541                         heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
542
543                         // Compute the upper bound on the scan work remaining.
544                         scanWorkExpected = maxScanWork
545                 }
546         } else {
547                 // Compute the expected scan work remaining.
548                 //
549                 // This is estimated based on the expected
550                 // steady-state scannable heap. For example, with
551                 // GOGC=100, only half of the scannable heap is
552                 // expected to be live, so that's what we target.
553                 //
554                 // (This is a float calculation to avoid overflowing on
555                 // 100*heapScan.)
556                 scanWorkExpected = int64(float64(scan) * 100 / float64(100+gcPercent))
557                 if int64(live) > heapGoal || work > scanWorkExpected {
558                         // We're past the soft goal, or we've already done more scan
559                         // work than we expected. Pace GC so that in the worst case it
560                         // will complete by the hard goal.
561                         const maxOvershoot = 1.1
562                         heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
563
564                         // Compute the upper bound on the scan work remaining.
565                         scanWorkExpected = int64(scan)
566                 }
567         }
568
569         // Compute the remaining scan work estimate.
570         //
571         // Note that we currently count allocations during GC as both
572         // scannable heap (heapScan) and scan work completed
573         // (scanWork), so allocation will change this difference
574         // slowly in the soft regime and not at all in the hard
575         // regime.
576         scanWorkRemaining := scanWorkExpected - work
577         if scanWorkRemaining < 1000 {
578                 // We set a somewhat arbitrary lower bound on
579                 // remaining scan work since if we aim a little high,
580                 // we can miss by a little.
581                 //
582                 // We *do* need to enforce that this is at least 1,
583                 // since marking is racy and double-scanning objects
584                 // may legitimately make the remaining scan work
585                 // negative, even in the hard goal regime.
586                 scanWorkRemaining = 1000
587         }
588
589         // Compute the heap distance remaining.
590         heapRemaining := heapGoal - int64(live)
591         if heapRemaining <= 0 {
592                 // This shouldn't happen, but if it does, avoid
593                 // dividing by zero or setting the assist negative.
594                 heapRemaining = 1
595         }
596
597         // Compute the mutator assist ratio so by the time the mutator
598         // allocates the remaining heap bytes up to heapGoal, it will
599         // have done (or stolen) the remaining amount of scan work.
600         // Note that the assist ratio values are updated atomically
601         // but not together. This means there may be some degree of
602         // skew between the two values. This is generally OK as the
603         // values shift relatively slowly over the course of a GC
604         // cycle.
605         assistWorkPerByte := float64(scanWorkRemaining) / float64(heapRemaining)
606         assistBytesPerWork := float64(heapRemaining) / float64(scanWorkRemaining)
607         c.assistWorkPerByte.Store(assistWorkPerByte)
608         c.assistBytesPerWork.Store(assistBytesPerWork)
609 }
610
611 // endCycle computes the trigger ratio (!goexperiment.PacerRedesign)
612 // or the consMark estimate (goexperiment.PacerRedesign) for the next cycle.
613 // Returns the trigger ratio if application, or 0 (goexperiment.PacerRedesign).
614 // userForced indicates whether the current GC cycle was forced
615 // by the application.
616 func (c *gcControllerState) endCycle(now int64, procs int, userForced bool) float64 {
617         // Record last heap goal for the scavenger.
618         // We'll be updating the heap goal soon.
619         gcController.lastHeapGoal = gcController.heapGoal
620
621         // Compute the duration of time for which assists were turned on.
622         assistDuration := now - c.markStartTime
623
624         // Assume background mark hit its utilization goal.
625         utilization := gcBackgroundUtilization
626         // Add assist utilization; avoid divide by zero.
627         if assistDuration > 0 {
628                 utilization += float64(c.assistTime) / float64(assistDuration*int64(procs))
629         }
630
631         if goexperiment.PacerRedesign {
632                 if c.heapLive <= c.trigger {
633                         // Shouldn't happen, but let's be very safe about this in case the
634                         // GC is somehow extremely short.
635                         //
636                         // In this case though, the only reasonable value for c.heapLive-c.trigger
637                         // would be 0, which isn't really all that useful, i.e. the GC was so short
638                         // that it didn't matter.
639                         //
640                         // Ignore this case and don't update anything.
641                         return 0
642                 }
643                 idleUtilization := 0.0
644                 if assistDuration > 0 {
645                         idleUtilization = float64(c.idleMarkTime) / float64(assistDuration*int64(procs))
646                 }
647                 // Determine the cons/mark ratio.
648                 //
649                 // The units we want for the numerator and denominator are both B / cpu-ns.
650                 // We get this by taking the bytes allocated or scanned, and divide by the amount of
651                 // CPU time it took for those operations. For allocations, that CPU time is
652                 //
653                 //    assistDuration * procs * (1 - utilization)
654                 //
655                 // Where utilization includes just background GC workers and assists. It does *not*
656                 // include idle GC work time, because in theory the mutator is free to take that at
657                 // any point.
658                 //
659                 // For scanning, that CPU time is
660                 //
661                 //    assistDuration * procs * (utilization + idleUtilization)
662                 //
663                 // In this case, we *include* idle utilization, because that is additional CPU time that the
664                 // the GC had available to it.
665                 //
666                 // In effect, idle GC time is sort of double-counted here, but it's very weird compared
667                 // to other kinds of GC work, because of how fluid it is. Namely, because the mutator is
668                 // *always* free to take it.
669                 //
670                 // So this calculation is really:
671                 //     (heapLive-trigger) / (assistDuration * procs * (1-utilization)) /
672                 //         (scanWork) / (assistDuration * procs * (utilization+idleUtilization)
673                 //
674                 // Note that because we only care about the ratio, assistDuration and procs cancel out.
675                 scanWork := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
676                 currentConsMark := (float64(c.heapLive-c.trigger) * (utilization + idleUtilization)) /
677                         (float64(scanWork) * (1 - utilization))
678
679                 // Update cons/mark controller.
680                 oldConsMark := c.consMark
681                 c.consMark = c.consMarkController.next(c.consMark, currentConsMark)
682
683                 if debug.gcpacertrace > 0 {
684                         printlock()
685                         print("pacer: ", int(utilization*100), "% CPU (", int(gcGoalUtilization*100), " exp.) for ")
686                         print(c.heapScanWork.Load(), "+", c.stackScanWork.Load(), "+", c.globalsScanWork.Load(), " B work (", c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan, " B exp.) ")
687                         print("in ", c.trigger, " B -> ", c.heapLive, " B (∆goal ", int64(c.heapLive)-int64(c.heapGoal), ", cons/mark ", oldConsMark, ")")
688                         println()
689                         printunlock()
690                 }
691                 return 0
692         }
693
694         // !goexperiment.PacerRedesign below.
695
696         if userForced {
697                 // Forced GC means this cycle didn't start at the
698                 // trigger, so where it finished isn't good
699                 // information about how to adjust the trigger.
700                 // Just leave it where it is.
701                 return c.triggerRatio
702         }
703
704         // Proportional response gain for the trigger controller. Must
705         // be in [0, 1]. Lower values smooth out transient effects but
706         // take longer to respond to phase changes. Higher values
707         // react to phase changes quickly, but are more affected by
708         // transient changes. Values near 1 may be unstable.
709         const triggerGain = 0.5
710
711         // Compute next cycle trigger ratio. First, this computes the
712         // "error" for this cycle; that is, how far off the trigger
713         // was from what it should have been, accounting for both heap
714         // growth and GC CPU utilization. We compute the actual heap
715         // growth during this cycle and scale that by how far off from
716         // the goal CPU utilization we were (to estimate the heap
717         // growth if we had the desired CPU utilization). The
718         // difference between this estimate and the GOGC-based goal
719         // heap growth is the error.
720         goalGrowthRatio := c.effectiveGrowthRatio()
721         actualGrowthRatio := float64(c.heapLive)/float64(c.heapMarked) - 1
722         triggerError := goalGrowthRatio - c.triggerRatio - utilization/gcGoalUtilization*(actualGrowthRatio-c.triggerRatio)
723
724         // Finally, we adjust the trigger for next time by this error,
725         // damped by the proportional gain.
726         triggerRatio := c.triggerRatio + triggerGain*triggerError
727
728         if debug.gcpacertrace > 0 {
729                 // Print controller state in terms of the design
730                 // document.
731                 H_m_prev := c.heapMarked
732                 h_t := c.triggerRatio
733                 H_T := c.trigger
734                 h_a := actualGrowthRatio
735                 H_a := c.heapLive
736                 h_g := goalGrowthRatio
737                 H_g := int64(float64(H_m_prev) * (1 + h_g))
738                 u_a := utilization
739                 u_g := gcGoalUtilization
740                 W_a := c.heapScanWork.Load()
741                 print("pacer: H_m_prev=", H_m_prev,
742                         " h_t=", h_t, " H_T=", H_T,
743                         " h_a=", h_a, " H_a=", H_a,
744                         " h_g=", h_g, " H_g=", H_g,
745                         " u_a=", u_a, " u_g=", u_g,
746                         " W_a=", W_a,
747                         " goalΔ=", goalGrowthRatio-h_t,
748                         " actualΔ=", h_a-h_t,
749                         " u_a/u_g=", u_a/u_g,
750                         "\n")
751         }
752
753         return triggerRatio
754 }
755
756 // enlistWorker encourages another dedicated mark worker to start on
757 // another P if there are spare worker slots. It is used by putfull
758 // when more work is made available.
759 //
760 //go:nowritebarrier
761 func (c *gcControllerState) enlistWorker() {
762         // If there are idle Ps, wake one so it will run an idle worker.
763         // NOTE: This is suspected of causing deadlocks. See golang.org/issue/19112.
764         //
765         //      if atomic.Load(&sched.npidle) != 0 && atomic.Load(&sched.nmspinning) == 0 {
766         //              wakep()
767         //              return
768         //      }
769
770         // There are no idle Ps. If we need more dedicated workers,
771         // try to preempt a running P so it will switch to a worker.
772         if c.dedicatedMarkWorkersNeeded <= 0 {
773                 return
774         }
775         // Pick a random other P to preempt.
776         if gomaxprocs <= 1 {
777                 return
778         }
779         gp := getg()
780         if gp == nil || gp.m == nil || gp.m.p == 0 {
781                 return
782         }
783         myID := gp.m.p.ptr().id
784         for tries := 0; tries < 5; tries++ {
785                 id := int32(fastrandn(uint32(gomaxprocs - 1)))
786                 if id >= myID {
787                         id++
788                 }
789                 p := allp[id]
790                 if p.status != _Prunning {
791                         continue
792                 }
793                 if preemptone(p) {
794                         return
795                 }
796         }
797 }
798
799 // findRunnableGCWorker returns a background mark worker for _p_ if it
800 // should be run. This must only be called when gcBlackenEnabled != 0.
801 func (c *gcControllerState) findRunnableGCWorker(_p_ *p) *g {
802         if gcBlackenEnabled == 0 {
803                 throw("gcControllerState.findRunnable: blackening not enabled")
804         }
805
806         if !gcMarkWorkAvailable(_p_) {
807                 // No work to be done right now. This can happen at
808                 // the end of the mark phase when there are still
809                 // assists tapering off. Don't bother running a worker
810                 // now because it'll just return immediately.
811                 return nil
812         }
813
814         // Grab a worker before we commit to running below.
815         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(gcBgMarkWorkerPool.pop())
816         if node == nil {
817                 // There is at least one worker per P, so normally there are
818                 // enough workers to run on all Ps, if necessary. However, once
819                 // a worker enters gcMarkDone it may park without rejoining the
820                 // pool, thus freeing a P with no corresponding worker.
821                 // gcMarkDone never depends on another worker doing work, so it
822                 // is safe to simply do nothing here.
823                 //
824                 // If gcMarkDone bails out without completing the mark phase,
825                 // it will always do so with queued global work. Thus, that P
826                 // will be immediately eligible to re-run the worker G it was
827                 // just using, ensuring work can complete.
828                 return nil
829         }
830
831         decIfPositive := func(ptr *int64) bool {
832                 for {
833                         v := atomic.Loadint64(ptr)
834                         if v <= 0 {
835                                 return false
836                         }
837
838                         if atomic.Casint64(ptr, v, v-1) {
839                                 return true
840                         }
841                 }
842         }
843
844         if decIfPositive(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded) {
845                 // This P is now dedicated to marking until the end of
846                 // the concurrent mark phase.
847                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerDedicatedMode
848         } else if c.fractionalUtilizationGoal == 0 {
849                 // No need for fractional workers.
850                 gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
851                 return nil
852         } else {
853                 // Is this P behind on the fractional utilization
854                 // goal?
855                 //
856                 // This should be kept in sync with pollFractionalWorkerExit.
857                 delta := nanotime() - c.markStartTime
858                 if delta > 0 && float64(_p_.gcFractionalMarkTime)/float64(delta) > c.fractionalUtilizationGoal {
859                         // Nope. No need to run a fractional worker.
860                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
861                         return nil
862                 }
863                 // Run a fractional worker.
864                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerFractionalMode
865         }
866
867         // Run the background mark worker.
868         gp := node.gp.ptr()
869         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
870         if trace.enabled {
871                 traceGoUnpark(gp, 0)
872         }
873         return gp
874 }
875
876 // resetLive sets up the controller state for the next mark phase after the end
877 // of the previous one. Must be called after endCycle and before commit, before
878 // the world is started.
879 //
880 // The world must be stopped.
881 func (c *gcControllerState) resetLive(bytesMarked uint64) {
882         c.heapMarked = bytesMarked
883         c.heapLive = bytesMarked
884         c.heapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
885         c.lastHeapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
886
887         // heapLive was updated, so emit a trace event.
888         if trace.enabled {
889                 traceHeapAlloc()
890         }
891 }
892
893 // logWorkTime updates mark work accounting in the controller by a duration of
894 // work in nanoseconds.
895 //
896 // Safe to execute at any time.
897 func (c *gcControllerState) logWorkTime(mode gcMarkWorkerMode, duration int64) {
898         switch mode {
899         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
900                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkTime, duration)
901                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded, 1)
902         case gcMarkWorkerFractionalMode:
903                 atomic.Xaddint64(&c.fractionalMarkTime, duration)
904         case gcMarkWorkerIdleMode:
905                 atomic.Xaddint64(&c.idleMarkTime, duration)
906         default:
907                 throw("logWorkTime: unknown mark worker mode")
908         }
909 }
910
911 func (c *gcControllerState) update(dHeapLive, dHeapScan int64) {
912         if dHeapLive != 0 {
913                 atomic.Xadd64(&gcController.heapLive, dHeapLive)
914                 if trace.enabled {
915                         // gcController.heapLive changed.
916                         traceHeapAlloc()
917                 }
918         }
919         // Only update heapScan in the new pacer redesign if we're not
920         // currently in a GC.
921         if !goexperiment.PacerRedesign || gcBlackenEnabled == 0 {
922                 if dHeapScan != 0 {
923                         atomic.Xadd64(&gcController.heapScan, dHeapScan)
924                 }
925         }
926         if gcBlackenEnabled != 0 {
927                 // gcController.heapLive and heapScan changed.
928                 c.revise()
929         }
930 }
931
932 func (c *gcControllerState) addScannableStack(pp *p, amount int64) {
933         if pp == nil {
934                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, amount)
935                 return
936         }
937         pp.scannableStackSizeDelta += amount
938         if pp.scannableStackSizeDelta >= scannableStackSizeSlack || pp.scannableStackSizeDelta <= -scannableStackSizeSlack {
939                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, pp.scannableStackSizeDelta)
940                 pp.scannableStackSizeDelta = 0
941         }
942 }
943
944 func (c *gcControllerState) addGlobals(amount int64) {
945         atomic.Xadd64(&c.globalsScan, amount)
946 }
947
948 // commit recomputes all pacing parameters from scratch, namely
949 // absolute trigger, the heap goal, mark pacing, and sweep pacing.
950 //
951 // If goexperiment.PacerRedesign is true, triggerRatio is ignored.
952 //
953 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
954 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
955 //
956 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
957 // gcController.heapLive. These must be up to date.
958 //
959 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
960 func (c *gcControllerState) commit(triggerRatio float64) {
961         if !c.test {
962                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
963         }
964
965         if !goexperiment.PacerRedesign {
966                 c.oldCommit(triggerRatio)
967                 return
968         }
969
970         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
971         // has grown by GOGC/100 over where it started the last cycle,
972         // plus additional runway for non-heap sources of GC work.
973         goal := ^uint64(0)
974         if c.gcPercent >= 0 {
975                 goal = c.heapMarked + (c.heapMarked+atomic.Load64(&c.stackScan)+atomic.Load64(&c.globalsScan))*uint64(c.gcPercent)/100
976         }
977
978         // Don't trigger below the minimum heap size.
979         minTrigger := c.heapMinimum
980         if !isSweepDone() {
981                 // Concurrent sweep happens in the heap growth
982                 // from gcController.heapLive to trigger, so ensure
983                 // that concurrent sweep has some heap growth
984                 // in which to perform sweeping before we
985                 // start the next GC cycle.
986                 sweepMin := atomic.Load64(&c.heapLive) + sweepMinHeapDistance
987                 if sweepMin > minTrigger {
988                         minTrigger = sweepMin
989                 }
990         }
991
992         // If we let the trigger go too low, then if the application
993         // is allocating very rapidly we might end up in a situation
994         // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
995         // The result of this is a growing heap and ultimately an
996         // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
997         // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
998         // this growth in RSS.
999         //
1000         // The current constant was chosen empirically: given a sufficiently
1001         // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
1002         // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
1003         // RSS compared to not having this allocator.
1004         if triggerBound := uint64(0.7*float64(goal-c.heapMarked)) + c.heapMarked; minTrigger < triggerBound {
1005                 minTrigger = triggerBound
1006         }
1007
1008         // For small heaps, set the max trigger point at 95% of the heap goal.
1009         // This ensures we always have *some* headroom when the GC actually starts.
1010         // For larger heaps, set the max trigger point at the goal, minus the
1011         // minimum heap size.
1012         // This choice follows from the fact that the minimum heap size is chosen
1013         // to reflect the costs of a GC with no work to do. With a large heap but
1014         // very little scan work to perform, this gives us exactly as much runway
1015         // as we would need, in the worst case.
1016         maxRunway := uint64(0.95 * float64(goal-c.heapMarked))
1017         if largeHeapMaxRunway := goal - c.heapMinimum; goal > c.heapMinimum && maxRunway < largeHeapMaxRunway {
1018                 maxRunway = largeHeapMaxRunway
1019         }
1020         maxTrigger := maxRunway + c.heapMarked
1021         if maxTrigger < minTrigger {
1022                 maxTrigger = minTrigger
1023         }
1024
1025         // Compute the trigger by using our estimate of the cons/mark ratio.
1026         //
1027         // The idea is to take our expected scan work, and multiply it by
1028         // the cons/mark ratio to determine how long it'll take to complete
1029         // that scan work in terms of bytes allocated. This gives us our GC's
1030         // runway.
1031         //
1032         // However, the cons/mark ratio is a ratio of rates per CPU-second, but
1033         // here we care about the relative rates for some division of CPU
1034         // resources among the mutator and the GC.
1035         //
1036         // To summarize, we have B / cpu-ns, and we want B / ns. We get that
1037         // by multiplying by our desired division of CPU resources. We choose
1038         // to express CPU resources as GOMAPROCS*fraction. Note that because
1039         // we're working with a ratio here, we can omit the number of CPU cores,
1040         // because they'll appear in the numerator and denominator and cancel out.
1041         // As a result, this is basically just "weighing" the cons/mark ratio by
1042         // our desired division of resources.
1043         //
1044         // Furthermore, by setting the trigger so that CPU resources are divided
1045         // this way, assuming that the cons/mark ratio is correct, we make that
1046         // division a reality.
1047         var trigger uint64
1048         runway := uint64((c.consMark * (1 - gcGoalUtilization) / (gcGoalUtilization)) * float64(c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan))
1049         if runway > goal {
1050                 trigger = minTrigger
1051         } else {
1052                 trigger = goal - runway
1053         }
1054         if trigger < minTrigger {
1055                 trigger = minTrigger
1056         }
1057         if trigger > maxTrigger {
1058                 trigger = maxTrigger
1059         }
1060         if trigger > goal {
1061                 goal = trigger
1062         }
1063
1064         // Commit to the trigger and goal.
1065         c.trigger = trigger
1066         atomic.Store64(&c.heapGoal, goal)
1067         if trace.enabled {
1068                 traceHeapGoal()
1069         }
1070
1071         // Update mark pacing.
1072         if gcphase != _GCoff {
1073                 c.revise()
1074         }
1075 }
1076
1077 // oldCommit sets the trigger ratio and updates everything
1078 // derived from it: the absolute trigger, the heap goal, mark pacing,
1079 // and sweep pacing.
1080 //
1081 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
1082 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
1083 //
1084 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
1085 // gcController.heapLive. These must be up to date.
1086 //
1087 // For !goexperiment.PacerRedesign.
1088 func (c *gcControllerState) oldCommit(triggerRatio float64) {
1089         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
1090         // has grown by GOGC/100 over the heap marked by the last
1091         // cycle.
1092         goal := ^uint64(0)
1093         if c.gcPercent >= 0 {
1094                 goal = c.heapMarked + c.heapMarked*uint64(c.gcPercent)/100
1095         }
1096
1097         // Set the trigger ratio, capped to reasonable bounds.
1098         if c.gcPercent >= 0 {
1099                 scalingFactor := float64(c.gcPercent) / 100
1100                 // Ensure there's always a little margin so that the
1101                 // mutator assist ratio isn't infinity.
1102                 maxTriggerRatio := 0.95 * scalingFactor
1103                 if triggerRatio > maxTriggerRatio {
1104                         triggerRatio = maxTriggerRatio
1105                 }
1106
1107                 // If we let triggerRatio go too low, then if the application
1108                 // is allocating very rapidly we might end up in a situation
1109                 // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
1110                 // The result of this is a growing heap and ultimately an
1111                 // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
1112                 // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
1113                 // this growth in RSS.
1114                 //
1115                 // The current constant was chosen empirically: given a sufficiently
1116                 // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
1117                 // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
1118                 // RSS compared to not having this allocator.
1119                 minTriggerRatio := 0.6 * scalingFactor
1120                 if triggerRatio < minTriggerRatio {
1121                         triggerRatio = minTriggerRatio
1122                 }
1123         } else if triggerRatio < 0 {
1124                 // gcPercent < 0, so just make sure we're not getting a negative
1125                 // triggerRatio. This case isn't expected to happen in practice,
1126                 // and doesn't really matter because if gcPercent < 0 then we won't
1127                 // ever consume triggerRatio further on in this function, but let's
1128                 // just be defensive here; the triggerRatio being negative is almost
1129                 // certainly undesirable.
1130                 triggerRatio = 0
1131         }
1132         c.triggerRatio = triggerRatio
1133
1134         // Compute the absolute GC trigger from the trigger ratio.
1135         //
1136         // We trigger the next GC cycle when the allocated heap has
1137         // grown by the trigger ratio over the marked heap size.
1138         trigger := ^uint64(0)
1139         if c.gcPercent >= 0 {
1140                 trigger = uint64(float64(c.heapMarked) * (1 + triggerRatio))
1141                 // Don't trigger below the minimum heap size.
1142                 minTrigger := c.heapMinimum
1143                 if !isSweepDone() {
1144                         // Concurrent sweep happens in the heap growth
1145                         // from gcController.heapLive to trigger, so ensure
1146                         // that concurrent sweep has some heap growth
1147                         // in which to perform sweeping before we
1148                         // start the next GC cycle.
1149                         sweepMin := atomic.Load64(&c.heapLive) + sweepMinHeapDistance
1150                         if sweepMin > minTrigger {
1151                                 minTrigger = sweepMin
1152                         }
1153                 }
1154                 if trigger < minTrigger {
1155                         trigger = minTrigger
1156                 }
1157                 if int64(trigger) < 0 {
1158                         print("runtime: heapGoal=", c.heapGoal, " heapMarked=", c.heapMarked, " gcController.heapLive=", c.heapLive, " initialHeapLive=", work.initialHeapLive, "triggerRatio=", triggerRatio, " minTrigger=", minTrigger, "\n")
1159                         throw("trigger underflow")
1160                 }
1161                 if trigger > goal {
1162                         // The trigger ratio is always less than GOGC/100, but
1163                         // other bounds on the trigger may have raised it.
1164                         // Push up the goal, too.
1165                         goal = trigger
1166                 }
1167         }
1168
1169         // Commit to the trigger and goal.
1170         c.trigger = trigger
1171         atomic.Store64(&c.heapGoal, goal)
1172         if trace.enabled {
1173                 traceHeapGoal()
1174         }
1175
1176         // Update mark pacing.
1177         if gcphase != _GCoff {
1178                 c.revise()
1179         }
1180 }
1181
1182 // effectiveGrowthRatio returns the current effective heap growth
1183 // ratio (GOGC/100) based on heapMarked from the previous GC and
1184 // heapGoal for the current GC.
1185 //
1186 // This may differ from gcPercent/100 because of various upper and
1187 // lower bounds on gcPercent. For example, if the heap is smaller than
1188 // heapMinimum, this can be higher than gcPercent/100.
1189 //
1190 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
1191 func (c *gcControllerState) effectiveGrowthRatio() float64 {
1192         if !c.test {
1193                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1194         }
1195
1196         egogc := float64(atomic.Load64(&c.heapGoal)-c.heapMarked) / float64(c.heapMarked)
1197         if egogc < 0 {
1198                 // Shouldn't happen, but just in case.
1199                 egogc = 0
1200         }
1201         return egogc
1202 }
1203
1204 // setGCPercent updates gcPercent and all related pacer state.
1205 // Returns the old value of gcPercent.
1206 //
1207 // Calls gcControllerState.commit.
1208 //
1209 // The world must be stopped, or mheap_.lock must be held.
1210 func (c *gcControllerState) setGCPercent(in int32) int32 {
1211         if !c.test {
1212                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1213         }
1214
1215         out := c.gcPercent
1216         if in < 0 {
1217                 in = -1
1218         }
1219         // Write it atomically so readers like revise() can read it safely.
1220         atomic.Storeint32(&c.gcPercent, in)
1221         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum * uint64(c.gcPercent) / 100
1222         // Update pacing in response to gcPercent change.
1223         c.commit(c.triggerRatio)
1224
1225         return out
1226 }
1227
1228 //go:linkname setGCPercent runtime/debug.setGCPercent
1229 func setGCPercent(in int32) (out int32) {
1230         // Run on the system stack since we grab the heap lock.
1231         systemstack(func() {
1232                 lock(&mheap_.lock)
1233                 out = gcController.setGCPercent(in)
1234                 gcPaceSweeper(gcController.trigger)
1235                 gcPaceScavenger(gcController.heapGoal, gcController.lastHeapGoal)
1236                 unlock(&mheap_.lock)
1237         })
1238
1239         // If we just disabled GC, wait for any concurrent GC mark to
1240         // finish so we always return with no GC running.
1241         if in < 0 {
1242                 gcWaitOnMark(atomic.Load(&work.cycles))
1243         }
1244
1245         return out
1246 }
1247
1248 func readGOGC() int32 {
1249         p := gogetenv("GOGC")
1250         if p == "off" {
1251                 return -1
1252         }
1253         if n, ok := atoi32(p); ok {
1254                 return n
1255         }
1256         return 100
1257 }
1258
1259 type piController struct {
1260         kp float64 // Proportional constant.
1261         ti float64 // Integral time constant.
1262         tt float64 // Reset time in GC cyles.
1263
1264         // Period in GC cycles between updates.
1265         period float64
1266
1267         min, max float64 // Output boundaries.
1268
1269         // PI controller state.
1270
1271         errIntegral float64 // Integral of the error from t=0 to now.
1272 }
1273
1274 func (c *piController) next(input, setpoint float64) float64 {
1275         // Compute the raw output value.
1276         prop := c.kp * (setpoint - input)
1277         rawOutput := prop + c.errIntegral
1278
1279         // Clamp rawOutput into output.
1280         output := rawOutput
1281         if output < c.min {
1282                 output = c.min
1283         } else if output > c.max {
1284                 output = c.max
1285         }
1286
1287         // Update the controller's state.
1288         if c.ti != 0 && c.tt != 0 {
1289                 c.errIntegral += (c.kp*c.period/c.ti)*(setpoint-input) + (c.period/c.tt)*(output-rawOutput)
1290         }
1291         return output
1292 }