]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgcpacer.go
runtime: move inconsistent memstats into gcController
[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 // go119MemoryLimitSupport is a feature flag for a number of changes
15 // related to the memory limit feature (#48409). Disabling this flag
16 // disables those features, as well as the memory limit mechanism,
17 // which becomes a no-op.
18 const go119MemoryLimitSupport = true
19
20 const (
21         // gcGoalUtilization is the goal CPU utilization for
22         // marking as a fraction of GOMAXPROCS.
23         //
24         // Increasing the goal utilization will shorten GC cycles as the GC
25         // has more resources behind it, lessening costs from the write barrier,
26         // but comes at the cost of increasing mutator latency.
27         gcGoalUtilization = gcBackgroundUtilization
28
29         // gcBackgroundUtilization is the fixed CPU utilization for background
30         // marking. It must be <= gcGoalUtilization. The difference between
31         // gcGoalUtilization and gcBackgroundUtilization will be made up by
32         // mark assists. The scheduler will aim to use within 50% of this
33         // goal.
34         //
35         // As a general rule, there's little reason to set gcBackgroundUtilization
36         // < gcGoalUtilization. One reason might be in mostly idle applications,
37         // where goroutines are unlikely to assist at all, so the actual
38         // utilization will be lower than the goal. But this is moot point
39         // because the idle mark workers already soak up idle CPU resources.
40         // These two values are still kept separate however because they are
41         // distinct conceptually, and in previous iterations of the pacer the
42         // distinction was more important.
43         gcBackgroundUtilization = 0.25
44
45         // gcCreditSlack is the amount of scan work credit that can
46         // accumulate locally before updating gcController.heapScanWork and,
47         // optionally, gcController.bgScanCredit. Lower values give a more
48         // accurate assist ratio and make it more likely that assists will
49         // successfully steal background credit. Higher values reduce memory
50         // contention.
51         gcCreditSlack = 2000
52
53         // gcAssistTimeSlack is the nanoseconds of mutator assist time that
54         // can accumulate on a P before updating gcController.assistTime.
55         gcAssistTimeSlack = 5000
56
57         // gcOverAssistWork determines how many extra units of scan work a GC
58         // assist does when an assist happens. This amortizes the cost of an
59         // assist by pre-paying for this many bytes of future allocations.
60         gcOverAssistWork = 64 << 10
61
62         // defaultHeapMinimum is the value of heapMinimum for GOGC==100.
63         defaultHeapMinimum = (goexperiment.HeapMinimum512KiBInt)*(512<<10) +
64                 (1-goexperiment.HeapMinimum512KiBInt)*(4<<20)
65
66         // scannableStackSizeSlack is the bytes of stack space allocated or freed
67         // that can accumulate on a P before updating gcController.stackSize.
68         scannableStackSizeSlack = 8 << 10
69 )
70
71 func init() {
72         if offset := unsafe.Offsetof(gcController.heapLive); offset%8 != 0 {
73                 println(offset)
74                 throw("gcController.heapLive not aligned to 8 bytes")
75         }
76 }
77
78 // gcController implements the GC pacing controller that determines
79 // when to trigger concurrent garbage collection and how much marking
80 // work to do in mutator assists and background marking.
81 //
82 // It calculates the ratio between the allocation rate (in terms of CPU
83 // time) and the GC scan throughput to determine the heap size at which to
84 // trigger a GC cycle such that no GC assists are required to finish on time.
85 // This algorithm thus optimizes GC CPU utilization to the dedicated background
86 // mark utilization of 25% of GOMAXPROCS by minimizing GC assists.
87 // GOMAXPROCS. The high-level design of this algorithm is documented
88 // at https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/44167-gc-pacer-redesign.md.
89 // See https://golang.org/s/go15gcpacing for additional historical context.
90 var gcController gcControllerState
91
92 type gcControllerState struct {
93         // Initialized from GOGC. GOGC=off means no GC.
94         gcPercent atomic.Int32
95
96         _ uint32 // padding so following 64-bit values are 8-byte aligned
97
98         // memoryLimit is the soft memory limit in bytes.
99         //
100         // Initialized from GOMEMLIMIT. GOMEMLIMIT=off is equivalent to MaxInt64
101         // which means no soft memory limit in practice.
102         //
103         // This is an int64 instead of a uint64 to more easily maintain parity with
104         // the SetMemoryLimit API, which sets a maximum at MaxInt64. This value
105         // should never be negative.
106         memoryLimit atomic.Int64
107
108         // heapMinimum is the minimum heap size at which to trigger GC.
109         // For small heaps, this overrides the usual GOGC*live set rule.
110         //
111         // When there is a very small live set but a lot of allocation, simply
112         // collecting when the heap reaches GOGC*live results in many GC
113         // cycles and high total per-GC overhead. This minimum amortizes this
114         // per-GC overhead while keeping the heap reasonably small.
115         //
116         // During initialization this is set to 4MB*GOGC/100. In the case of
117         // GOGC==0, this will set heapMinimum to 0, resulting in constant
118         // collection even when the heap size is small, which is useful for
119         // debugging.
120         heapMinimum uint64
121
122         // trigger is the heap size that triggers marking.
123         //
124         // When heapLive ≥ trigger, the mark phase will start.
125         // This is also the heap size by which proportional sweeping
126         // must be complete.
127         //
128         // This is computed from consMark during mark termination for
129         // the next cycle's trigger.
130         //
131         // Protected by mheap_.lock or a STW.
132         trigger uint64
133
134         // consMark is the estimated per-CPU consMark ratio for the application.
135         //
136         // It represents the ratio between the application's allocation
137         // rate, as bytes allocated per CPU-time, and the GC's scan rate,
138         // as bytes scanned per CPU-time.
139         // The units of this ratio are (B / cpu-ns) / (B / cpu-ns).
140         //
141         // At a high level, this value is computed as the bytes of memory
142         // allocated (cons) per unit of scan work completed (mark) in a GC
143         // cycle, divided by the CPU time spent on each activity.
144         //
145         // Updated at the end of each GC cycle, in endCycle.
146         consMark float64
147
148         // consMarkController holds the state for the mark-cons ratio
149         // estimation over time.
150         //
151         // Its purpose is to smooth out noisiness in the computation of
152         // consMark; see consMark for details.
153         consMarkController piController
154
155         _ uint32 // Padding for atomics on 32-bit platforms.
156
157         // heapGoal is the goal heapLive for when next GC ends.
158         // Set to ^uint64(0) if disabled.
159         //
160         // Read and written atomically, unless the world is stopped.
161         heapGoal uint64
162
163         // lastHeapGoal is the value of heapGoal for the previous GC.
164         // Note that this is distinct from the last value heapGoal had,
165         // because it could change if e.g. gcPercent changes.
166         //
167         // Read and written with the world stopped or with mheap_.lock held.
168         lastHeapGoal uint64
169
170         // heapLive is the number of bytes considered live by the GC.
171         // That is: retained by the most recent GC plus allocated
172         // since then. heapLive ≤ memstats.heapAlloc, since heapAlloc includes
173         // unmarked objects that have not yet been swept (and hence goes up as we
174         // allocate and down as we sweep) while heapLive excludes these
175         // objects (and hence only goes up between GCs).
176         //
177         // This is updated atomically without locking. To reduce
178         // contention, this is updated only when obtaining a span from
179         // an mcentral and at this point it counts all of the
180         // unallocated slots in that span (which will be allocated
181         // before that mcache obtains another span from that
182         // mcentral). Hence, it slightly overestimates the "true" live
183         // heap size. It's better to overestimate than to
184         // underestimate because 1) this triggers the GC earlier than
185         // necessary rather than potentially too late and 2) this
186         // leads to a conservative GC rate rather than a GC rate that
187         // is potentially too low.
188         //
189         // Reads should likewise be atomic (or during STW).
190         //
191         // Whenever this is updated, call traceHeapAlloc() and
192         // this gcControllerState's revise() method.
193         heapLive uint64
194
195         // heapScan is the number of bytes of "scannable" heap. This
196         // is the live heap (as counted by heapLive), but omitting
197         // no-scan objects and no-scan tails of objects.
198         //
199         // This value is fixed at the start of a GC cycle, so during a
200         // GC cycle it is safe to read without atomics, and it represents
201         // the maximum scannable heap.
202         heapScan uint64
203
204         // lastHeapScan is the number of bytes of heap that were scanned
205         // last GC cycle. It is the same as heapMarked, but only
206         // includes the "scannable" parts of objects.
207         //
208         // Updated when the world is stopped.
209         lastHeapScan uint64
210
211         // stackScan is a snapshot of scannableStackSize taken at each GC
212         // STW pause and is used in pacing decisions.
213         //
214         // Updated only while the world is stopped.
215         stackScan uint64
216
217         // scannableStackSize is the amount of allocated goroutine stack space in
218         // use by goroutines.
219         //
220         // This number tracks allocated goroutine stack space rather than used
221         // goroutine stack space (i.e. what is actually scanned) because used
222         // goroutine stack space is much harder to measure cheaply. By using
223         // allocated space, we make an overestimate; this is OK, it's better
224         // to conservatively overcount than undercount.
225         //
226         // Read and updated atomically.
227         scannableStackSize uint64
228
229         // globalsScan is the total amount of global variable space
230         // that is scannable.
231         //
232         // Read and updated atomically.
233         globalsScan uint64
234
235         // heapMarked is the number of bytes marked by the previous
236         // GC. After mark termination, heapLive == heapMarked, but
237         // unlike heapLive, heapMarked does not change until the
238         // next mark termination.
239         heapMarked uint64
240
241         // heapScanWork is the total heap scan work performed this cycle.
242         // stackScanWork is the total stack scan work performed this cycle.
243         // globalsScanWork is the total globals scan work performed this cycle.
244         //
245         // These are updated atomically during the cycle. Updates occur in
246         // bounded batches, since they are both written and read
247         // throughout the cycle. At the end of the cycle, heapScanWork is how
248         // much of the retained heap is scannable.
249         //
250         // Currently these are measured in bytes. For most uses, this is an
251         // opaque unit of work, but for estimation the definition is important.
252         //
253         // Note that stackScanWork includes all allocated space, not just the
254         // size of the stack itself, mirroring stackSize.
255         heapScanWork    atomic.Int64
256         stackScanWork   atomic.Int64
257         globalsScanWork atomic.Int64
258
259         // bgScanCredit is the scan work credit accumulated by the
260         // concurrent background scan. This credit is accumulated by
261         // the background scan and stolen by mutator assists. This is
262         // updated atomically. Updates occur in bounded batches, since
263         // it is both written and read throughout the cycle.
264         bgScanCredit int64
265
266         // assistTime is the nanoseconds spent in mutator assists
267         // during this cycle. This is updated atomically, and must also
268         // be updated atomically even during a STW, because it is read
269         // by sysmon. Updates occur in bounded batches, since it is both
270         // written and read throughout the cycle.
271         assistTime atomic.Int64
272
273         // dedicatedMarkTime is the nanoseconds spent in dedicated
274         // mark workers during this cycle. This is updated atomically
275         // at the end of the concurrent mark phase.
276         dedicatedMarkTime int64
277
278         // fractionalMarkTime is the nanoseconds spent in the
279         // fractional mark worker during this cycle. This is updated
280         // atomically throughout the cycle and will be up-to-date if
281         // the fractional mark worker is not currently running.
282         fractionalMarkTime int64
283
284         // idleMarkTime is the nanoseconds spent in idle marking
285         // during this cycle. This is updated atomically throughout
286         // the cycle.
287         idleMarkTime int64
288
289         // markStartTime is the absolute start time in nanoseconds
290         // that assists and background mark workers started.
291         markStartTime int64
292
293         // dedicatedMarkWorkersNeeded is the number of dedicated mark
294         // workers that need to be started. This is computed at the
295         // beginning of each cycle and decremented atomically as
296         // dedicated mark workers get started.
297         dedicatedMarkWorkersNeeded int64
298
299         // idleMarkWorkers is two packed int32 values in a single uint64.
300         // These two values are always updated simultaneously.
301         //
302         // The bottom int32 is the current number of idle mark workers executing.
303         //
304         // The top int32 is the maximum number of idle mark workers allowed to
305         // execute concurrently. Normally, this number is just gomaxprocs. However,
306         // during periodic GC cycles it is set to 0 because the system is idle
307         // anyway; there's no need to go full blast on all of GOMAXPROCS.
308         //
309         // The maximum number of idle mark workers is used to prevent new workers
310         // from starting, but it is not a hard maximum. It is possible (but
311         // exceedingly rare) for the current number of idle mark workers to
312         // transiently exceed the maximum. This could happen if the maximum changes
313         // just after a GC ends, and an M with no P.
314         //
315         // Note that if we have no dedicated mark workers, we set this value to
316         // 1 in this case we only have fractional GC workers which aren't scheduled
317         // strictly enough to ensure GC progress. As a result, idle-priority mark
318         // workers are vital to GC progress in these situations.
319         //
320         // For example, consider a situation in which goroutines block on the GC
321         // (such as via runtime.GOMAXPROCS) and only fractional mark workers are
322         // scheduled (e.g. GOMAXPROCS=1). Without idle-priority mark workers, the
323         // last running M might skip scheduling a fractional mark worker if its
324         // utilization goal is met, such that once it goes to sleep (because there's
325         // nothing to do), there will be nothing else to spin up a new M for the
326         // fractional worker in the future, stalling GC progress and causing a
327         // deadlock. However, idle-priority workers will *always* run when there is
328         // nothing left to do, ensuring the GC makes progress.
329         //
330         // See github.com/golang/go/issues/44163 for more details.
331         idleMarkWorkers atomic.Uint64
332
333         // assistWorkPerByte is the ratio of scan work to allocated
334         // bytes that should be performed by mutator assists. This is
335         // computed at the beginning of each cycle and updated every
336         // time heapScan is updated.
337         assistWorkPerByte atomic.Float64
338
339         // assistBytesPerWork is 1/assistWorkPerByte.
340         //
341         // Note that because this is read and written independently
342         // from assistWorkPerByte users may notice a skew between
343         // the two values, and such a state should be safe.
344         assistBytesPerWork atomic.Float64
345
346         // fractionalUtilizationGoal is the fraction of wall clock
347         // time that should be spent in the fractional mark worker on
348         // each P that isn't running a dedicated worker.
349         //
350         // For example, if the utilization goal is 25% and there are
351         // no dedicated workers, this will be 0.25. If the goal is
352         // 25%, there is one dedicated worker, and GOMAXPROCS is 5,
353         // this will be 0.05 to make up the missing 5%.
354         //
355         // If this is zero, no fractional workers are needed.
356         fractionalUtilizationGoal float64
357
358         // These memory stats are effectively duplicates of fields from
359         // memstats.heapStats but are updated atomically or with the world
360         // stopped and don't provide the same consistency guarantees.
361         //
362         // Because the runtime is responsible for managing a memory limit, it's
363         // useful to couple these stats more tightly to the gcController, which
364         // is intimately connected to how that memory limit is maintained.
365         heapInUse    sysMemStat    // bytes in mSpanInUse spans
366         heapReleased sysMemStat    // bytes released to the OS
367         heapFree     sysMemStat    // bytes not in any span, but not released to the OS
368         totalAlloc   atomic.Uint64 // total bytes allocated
369         totalFree    atomic.Uint64 // total bytes freed
370         mappedReady  atomic.Uint64 // total virtual memory in the Ready state (see mem.go).
371
372         // test indicates that this is a test-only copy of gcControllerState.
373         test bool
374
375         _ cpu.CacheLinePad
376 }
377
378 func (c *gcControllerState) init(gcPercent int32, memoryLimit int64) {
379         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum
380
381         c.consMarkController = piController{
382                 // Tuned first via the Ziegler-Nichols process in simulation,
383                 // then the integral time was manually tuned against real-world
384                 // applications to deal with noisiness in the measured cons/mark
385                 // ratio.
386                 kp: 0.9,
387                 ti: 4.0,
388
389                 // Set a high reset time in GC cycles.
390                 // This is inversely proportional to the rate at which we
391                 // accumulate error from clipping. By making this very high
392                 // we make the accumulation slow. In general, clipping is
393                 // OK in our situation, hence the choice.
394                 //
395                 // Tune this if we get unintended effects from clipping for
396                 // a long time.
397                 tt:  1000,
398                 min: -1000,
399                 max: 1000,
400         }
401
402         c.setGCPercent(gcPercent)
403         c.setMemoryLimit(memoryLimit)
404         c.commit()
405 }
406
407 // startCycle resets the GC controller's state and computes estimates
408 // for a new GC cycle. The caller must hold worldsema and the world
409 // must be stopped.
410 func (c *gcControllerState) startCycle(markStartTime int64, procs int, trigger gcTrigger) {
411         c.heapScanWork.Store(0)
412         c.stackScanWork.Store(0)
413         c.globalsScanWork.Store(0)
414         c.bgScanCredit = 0
415         c.assistTime.Store(0)
416         c.dedicatedMarkTime = 0
417         c.fractionalMarkTime = 0
418         c.idleMarkTime = 0
419         c.markStartTime = markStartTime
420         c.stackScan = atomic.Load64(&c.scannableStackSize)
421
422         // Ensure that the heap goal is at least a little larger than
423         // the current live heap size. This may not be the case if GC
424         // start is delayed or if the allocation that pushed gcController.heapLive
425         // over trigger is large or if the trigger is really close to
426         // GOGC. Assist is proportional to this distance, so enforce a
427         // minimum distance, even if it means going over the GOGC goal
428         // by a tiny bit.
429         if c.heapGoal < c.heapLive+64<<10 {
430                 c.heapGoal = c.heapLive + 64<<10
431         }
432
433         // Compute the background mark utilization goal. In general,
434         // this may not come out exactly. We round the number of
435         // dedicated workers so that the utilization is closest to
436         // 25%. For small GOMAXPROCS, this would introduce too much
437         // error, so we add fractional workers in that case.
438         totalUtilizationGoal := float64(procs) * gcBackgroundUtilization
439         c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(totalUtilizationGoal + 0.5)
440         utilError := float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)/totalUtilizationGoal - 1
441         const maxUtilError = 0.3
442         if utilError < -maxUtilError || utilError > maxUtilError {
443                 // Rounding put us more than 30% off our goal. With
444                 // gcBackgroundUtilization of 25%, this happens for
445                 // GOMAXPROCS<=3 or GOMAXPROCS=6. Enable fractional
446                 // workers to compensate.
447                 if float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded) > totalUtilizationGoal {
448                         // Too many dedicated workers.
449                         c.dedicatedMarkWorkersNeeded--
450                 }
451                 c.fractionalUtilizationGoal = (totalUtilizationGoal - float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)) / float64(procs)
452         } else {
453                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
454         }
455
456         // In STW mode, we just want dedicated workers.
457         if debug.gcstoptheworld > 0 {
458                 c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(procs)
459                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
460         }
461
462         // Clear per-P state
463         for _, p := range allp {
464                 p.gcAssistTime = 0
465                 p.gcFractionalMarkTime = 0
466         }
467
468         if trigger.kind == gcTriggerTime {
469                 // During a periodic GC cycle, reduce the number of idle mark workers
470                 // required. However, we need at least one dedicated mark worker or
471                 // idle GC worker to ensure GC progress in some scenarios (see comment
472                 // on maxIdleMarkWorkers).
473                 if c.dedicatedMarkWorkersNeeded > 0 {
474                         c.setMaxIdleMarkWorkers(0)
475                 } else {
476                         // TODO(mknyszek): The fundamental reason why we need this is because
477                         // we can't count on the fractional mark worker to get scheduled.
478                         // Fix that by ensuring it gets scheduled according to its quota even
479                         // if the rest of the application is idle.
480                         c.setMaxIdleMarkWorkers(1)
481                 }
482         } else {
483                 // N.B. gomaxprocs and dedicatedMarkWorkersNeeded is guaranteed not to
484                 // change during a GC cycle.
485                 c.setMaxIdleMarkWorkers(int32(procs) - int32(c.dedicatedMarkWorkersNeeded))
486         }
487
488         // Compute initial values for controls that are updated
489         // throughout the cycle.
490         c.revise()
491
492         if debug.gcpacertrace > 0 {
493                 assistRatio := c.assistWorkPerByte.Load()
494                 print("pacer: assist ratio=", assistRatio,
495                         " (scan ", gcController.heapScan>>20, " MB in ",
496                         work.initialHeapLive>>20, "->",
497                         c.heapGoal>>20, " MB)",
498                         " workers=", c.dedicatedMarkWorkersNeeded,
499                         "+", c.fractionalUtilizationGoal, "\n")
500         }
501 }
502
503 // revise updates the assist ratio during the GC cycle to account for
504 // improved estimates. This should be called whenever gcController.heapScan,
505 // gcController.heapLive, or gcController.heapGoal is updated. It is safe to
506 // call concurrently, but it may race with other calls to revise.
507 //
508 // The result of this race is that the two assist ratio values may not line
509 // up or may be stale. In practice this is OK because the assist ratio
510 // moves slowly throughout a GC cycle, and the assist ratio is a best-effort
511 // heuristic anyway. Furthermore, no part of the heuristic depends on
512 // the two assist ratio values being exact reciprocals of one another, since
513 // the two values are used to convert values from different sources.
514 //
515 // The worst case result of this raciness is that we may miss a larger shift
516 // in the ratio (say, if we decide to pace more aggressively against the
517 // hard heap goal) but even this "hard goal" is best-effort (see #40460).
518 // The dedicated GC should ensure we don't exceed the hard goal by too much
519 // in the rare case we do exceed it.
520 //
521 // It should only be called when gcBlackenEnabled != 0 (because this
522 // is when assists are enabled and the necessary statistics are
523 // available).
524 func (c *gcControllerState) revise() {
525         gcPercent := c.gcPercent.Load()
526         if gcPercent < 0 {
527                 // If GC is disabled but we're running a forced GC,
528                 // act like GOGC is huge for the below calculations.
529                 gcPercent = 100000
530         }
531         live := atomic.Load64(&c.heapLive)
532         scan := atomic.Load64(&c.heapScan)
533         work := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
534
535         // Assume we're under the soft goal. Pace GC to complete at
536         // heapGoal assuming the heap is in steady-state.
537         heapGoal := int64(atomic.Load64(&c.heapGoal))
538
539         // The expected scan work is computed as the amount of bytes scanned last
540         // GC cycle, plus our estimate of stacks and globals work for this cycle.
541         scanWorkExpected := int64(c.lastHeapScan + c.stackScan + c.globalsScan)
542
543         // maxScanWork is a worst-case estimate of the amount of scan work that
544         // needs to be performed in this GC cycle. Specifically, it represents
545         // the case where *all* scannable memory turns out to be live.
546         maxScanWork := int64(scan + c.stackScan + c.globalsScan)
547         if work > scanWorkExpected {
548                 // We've already done more scan work than expected. Because our expectation
549                 // is based on a steady-state scannable heap size, we assume this means our
550                 // heap is growing. Compute a new heap goal that takes our existing runway
551                 // computed for scanWorkExpected and extrapolates it to maxScanWork, the worst-case
552                 // scan work. This keeps our assist ratio stable if the heap continues to grow.
553                 //
554                 // The effect of this mechanism is that assists stay flat in the face of heap
555                 // growths. It's OK to use more memory this cycle to scan all the live heap,
556                 // because the next GC cycle is inevitably going to use *at least* that much
557                 // memory anyway.
558                 extHeapGoal := int64(float64(heapGoal-int64(c.trigger))/float64(scanWorkExpected)*float64(maxScanWork)) + int64(c.trigger)
559                 scanWorkExpected = maxScanWork
560
561                 // hardGoal is a hard limit on the amount that we're willing to push back the
562                 // heap goal, and that's twice the heap goal (i.e. if GOGC=100 and the heap and/or
563                 // stacks and/or globals grow to twice their size, this limits the current GC cycle's
564                 // growth to 4x the original live heap's size).
565                 //
566                 // This maintains the invariant that we use no more memory than the next GC cycle
567                 // will anyway.
568                 hardGoal := int64((1.0 + float64(gcPercent)/100.0) * float64(heapGoal))
569                 if extHeapGoal > hardGoal {
570                         extHeapGoal = hardGoal
571                 }
572                 heapGoal = extHeapGoal
573         }
574         if int64(live) > heapGoal {
575                 // We're already past our heap goal, even the extrapolated one.
576                 // Leave ourselves some extra runway, so in the worst case we
577                 // finish by that point.
578                 const maxOvershoot = 1.1
579                 heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
580
581                 // Compute the upper bound on the scan work remaining.
582                 scanWorkExpected = maxScanWork
583         }
584
585         // Compute the remaining scan work estimate.
586         //
587         // Note that we currently count allocations during GC as both
588         // scannable heap (heapScan) and scan work completed
589         // (scanWork), so allocation will change this difference
590         // slowly in the soft regime and not at all in the hard
591         // regime.
592         scanWorkRemaining := scanWorkExpected - work
593         if scanWorkRemaining < 1000 {
594                 // We set a somewhat arbitrary lower bound on
595                 // remaining scan work since if we aim a little high,
596                 // we can miss by a little.
597                 //
598                 // We *do* need to enforce that this is at least 1,
599                 // since marking is racy and double-scanning objects
600                 // may legitimately make the remaining scan work
601                 // negative, even in the hard goal regime.
602                 scanWorkRemaining = 1000
603         }
604
605         // Compute the heap distance remaining.
606         heapRemaining := heapGoal - int64(live)
607         if heapRemaining <= 0 {
608                 // This shouldn't happen, but if it does, avoid
609                 // dividing by zero or setting the assist negative.
610                 heapRemaining = 1
611         }
612
613         // Compute the mutator assist ratio so by the time the mutator
614         // allocates the remaining heap bytes up to heapGoal, it will
615         // have done (or stolen) the remaining amount of scan work.
616         // Note that the assist ratio values are updated atomically
617         // but not together. This means there may be some degree of
618         // skew between the two values. This is generally OK as the
619         // values shift relatively slowly over the course of a GC
620         // cycle.
621         assistWorkPerByte := float64(scanWorkRemaining) / float64(heapRemaining)
622         assistBytesPerWork := float64(heapRemaining) / float64(scanWorkRemaining)
623         c.assistWorkPerByte.Store(assistWorkPerByte)
624         c.assistBytesPerWork.Store(assistBytesPerWork)
625 }
626
627 // endCycle computes the consMark estimate for the next cycle.
628 // userForced indicates whether the current GC cycle was forced
629 // by the application.
630 func (c *gcControllerState) endCycle(now int64, procs int, userForced bool) {
631         // Record last heap goal for the scavenger.
632         // We'll be updating the heap goal soon.
633         gcController.lastHeapGoal = gcController.heapGoal
634
635         // Compute the duration of time for which assists were turned on.
636         assistDuration := now - c.markStartTime
637
638         // Assume background mark hit its utilization goal.
639         utilization := gcBackgroundUtilization
640         // Add assist utilization; avoid divide by zero.
641         if assistDuration > 0 {
642                 utilization += float64(c.assistTime.Load()) / float64(assistDuration*int64(procs))
643         }
644
645         if c.heapLive <= c.trigger {
646                 // Shouldn't happen, but let's be very safe about this in case the
647                 // GC is somehow extremely short.
648                 //
649                 // In this case though, the only reasonable value for c.heapLive-c.trigger
650                 // would be 0, which isn't really all that useful, i.e. the GC was so short
651                 // that it didn't matter.
652                 //
653                 // Ignore this case and don't update anything.
654                 return
655         }
656         idleUtilization := 0.0
657         if assistDuration > 0 {
658                 idleUtilization = float64(c.idleMarkTime) / float64(assistDuration*int64(procs))
659         }
660         // Determine the cons/mark ratio.
661         //
662         // The units we want for the numerator and denominator are both B / cpu-ns.
663         // We get this by taking the bytes allocated or scanned, and divide by the amount of
664         // CPU time it took for those operations. For allocations, that CPU time is
665         //
666         //    assistDuration * procs * (1 - utilization)
667         //
668         // Where utilization includes just background GC workers and assists. It does *not*
669         // include idle GC work time, because in theory the mutator is free to take that at
670         // any point.
671         //
672         // For scanning, that CPU time is
673         //
674         //    assistDuration * procs * (utilization + idleUtilization)
675         //
676         // In this case, we *include* idle utilization, because that is additional CPU time that the
677         // the GC had available to it.
678         //
679         // In effect, idle GC time is sort of double-counted here, but it's very weird compared
680         // to other kinds of GC work, because of how fluid it is. Namely, because the mutator is
681         // *always* free to take it.
682         //
683         // So this calculation is really:
684         //     (heapLive-trigger) / (assistDuration * procs * (1-utilization)) /
685         //         (scanWork) / (assistDuration * procs * (utilization+idleUtilization)
686         //
687         // Note that because we only care about the ratio, assistDuration and procs cancel out.
688         scanWork := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
689         currentConsMark := (float64(c.heapLive-c.trigger) * (utilization + idleUtilization)) /
690                 (float64(scanWork) * (1 - utilization))
691
692         // Update cons/mark controller. The time period for this is 1 GC cycle.
693         //
694         // This use of a PI controller might seem strange. So, here's an explanation:
695         //
696         // currentConsMark represents the consMark we *should've* had to be perfectly
697         // on-target for this cycle. Given that we assume the next GC will be like this
698         // one in the steady-state, it stands to reason that we should just pick that
699         // as our next consMark. In practice, however, currentConsMark is too noisy:
700         // we're going to be wildly off-target in each GC cycle if we do that.
701         //
702         // What we do instead is make a long-term assumption: there is some steady-state
703         // consMark value, but it's obscured by noise. By constantly shooting for this
704         // noisy-but-perfect consMark value, the controller will bounce around a bit,
705         // but its average behavior, in aggregate, should be less noisy and closer to
706         // the true long-term consMark value, provided its tuned to be slightly overdamped.
707         var ok bool
708         oldConsMark := c.consMark
709         c.consMark, ok = c.consMarkController.next(c.consMark, currentConsMark, 1.0)
710         if !ok {
711                 // The error spiraled out of control. This is incredibly unlikely seeing
712                 // as this controller is essentially just a smoothing function, but it might
713                 // mean that something went very wrong with how currentConsMark was calculated.
714                 // Just reset consMark and keep going.
715                 c.consMark = 0
716         }
717
718         if debug.gcpacertrace > 0 {
719                 printlock()
720                 goal := gcGoalUtilization * 100
721                 print("pacer: ", int(utilization*100), "% CPU (", int(goal), " exp.) for ")
722                 print(c.heapScanWork.Load(), "+", c.stackScanWork.Load(), "+", c.globalsScanWork.Load(), " B work (", c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan, " B exp.) ")
723                 print("in ", c.trigger, " B -> ", c.heapLive, " B (∆goal ", int64(c.heapLive)-int64(c.heapGoal), ", cons/mark ", oldConsMark, ")")
724                 if !ok {
725                         print("[controller reset]")
726                 }
727                 println()
728                 printunlock()
729         }
730 }
731
732 // enlistWorker encourages another dedicated mark worker to start on
733 // another P if there are spare worker slots. It is used by putfull
734 // when more work is made available.
735 //
736 //go:nowritebarrier
737 func (c *gcControllerState) enlistWorker() {
738         // If there are idle Ps, wake one so it will run an idle worker.
739         // NOTE: This is suspected of causing deadlocks. See golang.org/issue/19112.
740         //
741         //      if atomic.Load(&sched.npidle) != 0 && atomic.Load(&sched.nmspinning) == 0 {
742         //              wakep()
743         //              return
744         //      }
745
746         // There are no idle Ps. If we need more dedicated workers,
747         // try to preempt a running P so it will switch to a worker.
748         if c.dedicatedMarkWorkersNeeded <= 0 {
749                 return
750         }
751         // Pick a random other P to preempt.
752         if gomaxprocs <= 1 {
753                 return
754         }
755         gp := getg()
756         if gp == nil || gp.m == nil || gp.m.p == 0 {
757                 return
758         }
759         myID := gp.m.p.ptr().id
760         for tries := 0; tries < 5; tries++ {
761                 id := int32(fastrandn(uint32(gomaxprocs - 1)))
762                 if id >= myID {
763                         id++
764                 }
765                 p := allp[id]
766                 if p.status != _Prunning {
767                         continue
768                 }
769                 if preemptone(p) {
770                         return
771                 }
772         }
773 }
774
775 // findRunnableGCWorker returns a background mark worker for _p_ if it
776 // should be run. This must only be called when gcBlackenEnabled != 0.
777 func (c *gcControllerState) findRunnableGCWorker(_p_ *p, now int64) *g {
778         if gcBlackenEnabled == 0 {
779                 throw("gcControllerState.findRunnable: blackening not enabled")
780         }
781
782         // Since we have the current time, check if the GC CPU limiter
783         // hasn't had an update in a while. This check is necessary in
784         // case the limiter is on but hasn't been checked in a while and
785         // so may have left sufficient headroom to turn off again.
786         if gcCPULimiter.needUpdate(now) {
787                 gcCPULimiter.update(gcController.assistTime.Load(), now)
788         }
789
790         if !gcMarkWorkAvailable(_p_) {
791                 // No work to be done right now. This can happen at
792                 // the end of the mark phase when there are still
793                 // assists tapering off. Don't bother running a worker
794                 // now because it'll just return immediately.
795                 return nil
796         }
797
798         // Grab a worker before we commit to running below.
799         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(gcBgMarkWorkerPool.pop())
800         if node == nil {
801                 // There is at least one worker per P, so normally there are
802                 // enough workers to run on all Ps, if necessary. However, once
803                 // a worker enters gcMarkDone it may park without rejoining the
804                 // pool, thus freeing a P with no corresponding worker.
805                 // gcMarkDone never depends on another worker doing work, so it
806                 // is safe to simply do nothing here.
807                 //
808                 // If gcMarkDone bails out without completing the mark phase,
809                 // it will always do so with queued global work. Thus, that P
810                 // will be immediately eligible to re-run the worker G it was
811                 // just using, ensuring work can complete.
812                 return nil
813         }
814
815         decIfPositive := func(ptr *int64) bool {
816                 for {
817                         v := atomic.Loadint64(ptr)
818                         if v <= 0 {
819                                 return false
820                         }
821
822                         if atomic.Casint64(ptr, v, v-1) {
823                                 return true
824                         }
825                 }
826         }
827
828         if decIfPositive(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded) {
829                 // This P is now dedicated to marking until the end of
830                 // the concurrent mark phase.
831                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerDedicatedMode
832         } else if c.fractionalUtilizationGoal == 0 {
833                 // No need for fractional workers.
834                 gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
835                 return nil
836         } else {
837                 // Is this P behind on the fractional utilization
838                 // goal?
839                 //
840                 // This should be kept in sync with pollFractionalWorkerExit.
841                 delta := now - c.markStartTime
842                 if delta > 0 && float64(_p_.gcFractionalMarkTime)/float64(delta) > c.fractionalUtilizationGoal {
843                         // Nope. No need to run a fractional worker.
844                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
845                         return nil
846                 }
847                 // Run a fractional worker.
848                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerFractionalMode
849         }
850
851         // Run the background mark worker.
852         gp := node.gp.ptr()
853         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
854         if trace.enabled {
855                 traceGoUnpark(gp, 0)
856         }
857         return gp
858 }
859
860 // resetLive sets up the controller state for the next mark phase after the end
861 // of the previous one. Must be called after endCycle and before commit, before
862 // the world is started.
863 //
864 // The world must be stopped.
865 func (c *gcControllerState) resetLive(bytesMarked uint64) {
866         c.heapMarked = bytesMarked
867         c.heapLive = bytesMarked
868         c.heapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
869         c.lastHeapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
870
871         // heapLive was updated, so emit a trace event.
872         if trace.enabled {
873                 traceHeapAlloc()
874         }
875 }
876
877 // markWorkerStop must be called whenever a mark worker stops executing.
878 //
879 // It updates mark work accounting in the controller by a duration of
880 // work in nanoseconds and other bookkeeping.
881 //
882 // Safe to execute at any time.
883 func (c *gcControllerState) markWorkerStop(mode gcMarkWorkerMode, duration int64) {
884         switch mode {
885         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
886                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkTime, duration)
887                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded, 1)
888         case gcMarkWorkerFractionalMode:
889                 atomic.Xaddint64(&c.fractionalMarkTime, duration)
890         case gcMarkWorkerIdleMode:
891                 atomic.Xaddint64(&c.idleMarkTime, duration)
892                 c.removeIdleMarkWorker()
893         default:
894                 throw("markWorkerStop: unknown mark worker mode")
895         }
896 }
897
898 func (c *gcControllerState) update(dHeapLive, dHeapScan int64) {
899         if dHeapLive != 0 {
900                 atomic.Xadd64(&gcController.heapLive, dHeapLive)
901                 if trace.enabled {
902                         // gcController.heapLive changed.
903                         traceHeapAlloc()
904                 }
905         }
906         if gcBlackenEnabled == 0 {
907                 // Update heapScan when we're not in a current GC. It is fixed
908                 // at the beginning of a cycle.
909                 if dHeapScan != 0 {
910                         atomic.Xadd64(&gcController.heapScan, dHeapScan)
911                 }
912         } else {
913                 // gcController.heapLive changed.
914                 c.revise()
915         }
916 }
917
918 func (c *gcControllerState) addScannableStack(pp *p, amount int64) {
919         if pp == nil {
920                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, amount)
921                 return
922         }
923         pp.scannableStackSizeDelta += amount
924         if pp.scannableStackSizeDelta >= scannableStackSizeSlack || pp.scannableStackSizeDelta <= -scannableStackSizeSlack {
925                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, pp.scannableStackSizeDelta)
926                 pp.scannableStackSizeDelta = 0
927         }
928 }
929
930 func (c *gcControllerState) addGlobals(amount int64) {
931         atomic.Xadd64(&c.globalsScan, amount)
932 }
933
934 // commit recomputes all pacing parameters from scratch, namely
935 // absolute trigger, the heap goal, mark pacing, and sweep pacing.
936 //
937 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
938 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
939 //
940 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
941 // gcController.heapLive. These must be up to date.
942 //
943 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
944 func (c *gcControllerState) commit() {
945         if !c.test {
946                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
947         }
948
949         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
950         // has grown by GOGC/100 over where it started the last cycle,
951         // plus additional runway for non-heap sources of GC work.
952         goal := ^uint64(0)
953         if gcPercent := c.gcPercent.Load(); gcPercent >= 0 {
954                 goal = c.heapMarked + (c.heapMarked+atomic.Load64(&c.stackScan)+atomic.Load64(&c.globalsScan))*uint64(gcPercent)/100
955         }
956
957         // Don't trigger below the minimum heap size.
958         minTrigger := c.heapMinimum
959         if !isSweepDone() {
960                 // Concurrent sweep happens in the heap growth
961                 // from gcController.heapLive to trigger, so ensure
962                 // that concurrent sweep has some heap growth
963                 // in which to perform sweeping before we
964                 // start the next GC cycle.
965                 sweepMin := atomic.Load64(&c.heapLive) + sweepMinHeapDistance
966                 if sweepMin > minTrigger {
967                         minTrigger = sweepMin
968                 }
969         }
970
971         // If we let the trigger go too low, then if the application
972         // is allocating very rapidly we might end up in a situation
973         // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
974         // The result of this is a growing heap and ultimately an
975         // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
976         // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
977         // this growth in RSS.
978         //
979         // The current constant was chosen empirically: given a sufficiently
980         // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
981         // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
982         // RSS compared to not having this allocator.
983         if triggerBound := uint64(0.7*float64(goal-c.heapMarked)) + c.heapMarked; minTrigger < triggerBound {
984                 minTrigger = triggerBound
985         }
986
987         // For small heaps, set the max trigger point at 95% of the heap goal.
988         // This ensures we always have *some* headroom when the GC actually starts.
989         // For larger heaps, set the max trigger point at the goal, minus the
990         // minimum heap size.
991         // This choice follows from the fact that the minimum heap size is chosen
992         // to reflect the costs of a GC with no work to do. With a large heap but
993         // very little scan work to perform, this gives us exactly as much runway
994         // as we would need, in the worst case.
995         maxRunway := uint64(0.95 * float64(goal-c.heapMarked))
996         if largeHeapMaxRunway := goal - c.heapMinimum; goal > c.heapMinimum && maxRunway < largeHeapMaxRunway {
997                 maxRunway = largeHeapMaxRunway
998         }
999         maxTrigger := maxRunway + c.heapMarked
1000         if maxTrigger < minTrigger {
1001                 maxTrigger = minTrigger
1002         }
1003
1004         // Compute the trigger by using our estimate of the cons/mark ratio.
1005         //
1006         // The idea is to take our expected scan work, and multiply it by
1007         // the cons/mark ratio to determine how long it'll take to complete
1008         // that scan work in terms of bytes allocated. This gives us our GC's
1009         // runway.
1010         //
1011         // However, the cons/mark ratio is a ratio of rates per CPU-second, but
1012         // here we care about the relative rates for some division of CPU
1013         // resources among the mutator and the GC.
1014         //
1015         // To summarize, we have B / cpu-ns, and we want B / ns. We get that
1016         // by multiplying by our desired division of CPU resources. We choose
1017         // to express CPU resources as GOMAPROCS*fraction. Note that because
1018         // we're working with a ratio here, we can omit the number of CPU cores,
1019         // because they'll appear in the numerator and denominator and cancel out.
1020         // As a result, this is basically just "weighing" the cons/mark ratio by
1021         // our desired division of resources.
1022         //
1023         // Furthermore, by setting the trigger so that CPU resources are divided
1024         // this way, assuming that the cons/mark ratio is correct, we make that
1025         // division a reality.
1026         var trigger uint64
1027         runway := uint64((c.consMark * (1 - gcGoalUtilization) / (gcGoalUtilization)) * float64(c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan))
1028         if runway > goal {
1029                 trigger = minTrigger
1030         } else {
1031                 trigger = goal - runway
1032         }
1033         if trigger < minTrigger {
1034                 trigger = minTrigger
1035         }
1036         if trigger > maxTrigger {
1037                 trigger = maxTrigger
1038         }
1039         if trigger > goal {
1040                 goal = trigger
1041         }
1042
1043         // Commit to the trigger and goal.
1044         c.trigger = trigger
1045         atomic.Store64(&c.heapGoal, goal)
1046         if trace.enabled {
1047                 traceHeapGoal()
1048         }
1049
1050         // Update mark pacing.
1051         if gcphase != _GCoff {
1052                 c.revise()
1053         }
1054 }
1055
1056 // effectiveGrowthRatio returns the current effective heap growth
1057 // ratio (GOGC/100) based on heapMarked from the previous GC and
1058 // heapGoal for the current GC.
1059 //
1060 // This may differ from gcPercent/100 because of various upper and
1061 // lower bounds on gcPercent. For example, if the heap is smaller than
1062 // heapMinimum, this can be higher than gcPercent/100.
1063 //
1064 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
1065 func (c *gcControllerState) effectiveGrowthRatio() float64 {
1066         if !c.test {
1067                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1068         }
1069
1070         egogc := float64(atomic.Load64(&c.heapGoal)-c.heapMarked) / float64(c.heapMarked)
1071         if egogc < 0 {
1072                 // Shouldn't happen, but just in case.
1073                 egogc = 0
1074         }
1075         return egogc
1076 }
1077
1078 // setGCPercent updates gcPercent. commit must be called after.
1079 // Returns the old value of gcPercent.
1080 //
1081 // The world must be stopped, or mheap_.lock must be held.
1082 func (c *gcControllerState) setGCPercent(in int32) int32 {
1083         if !c.test {
1084                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1085         }
1086
1087         out := c.gcPercent.Load()
1088         if in < 0 {
1089                 in = -1
1090         }
1091         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum * uint64(in) / 100
1092         c.gcPercent.Store(in)
1093
1094         return out
1095 }
1096
1097 //go:linkname setGCPercent runtime/debug.setGCPercent
1098 func setGCPercent(in int32) (out int32) {
1099         // Run on the system stack since we grab the heap lock.
1100         systemstack(func() {
1101                 lock(&mheap_.lock)
1102                 out = gcController.setGCPercent(in)
1103                 gcController.commit()
1104                 gcPaceSweeper(gcController.trigger)
1105                 gcPaceScavenger(gcController.heapGoal, gcController.lastHeapGoal)
1106                 unlock(&mheap_.lock)
1107         })
1108
1109         // If we just disabled GC, wait for any concurrent GC mark to
1110         // finish so we always return with no GC running.
1111         if in < 0 {
1112                 gcWaitOnMark(atomic.Load(&work.cycles))
1113         }
1114
1115         return out
1116 }
1117
1118 func readGOGC() int32 {
1119         p := gogetenv("GOGC")
1120         if p == "off" {
1121                 return -1
1122         }
1123         if n, ok := atoi32(p); ok {
1124                 return n
1125         }
1126         return 100
1127 }
1128
1129 // setMemoryLimit updates memoryLimit. commit must be called after
1130 // Returns the old value of memoryLimit.
1131 //
1132 // The world must be stopped, or mheap_.lock must be held.
1133 func (c *gcControllerState) setMemoryLimit(in int64) int64 {
1134         if !c.test {
1135                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1136         }
1137
1138         out := c.memoryLimit.Load()
1139         if in >= 0 {
1140                 c.memoryLimit.Store(in)
1141         }
1142
1143         return out
1144 }
1145
1146 //go:linkname setMemoryLimit runtime/debug.setMemoryLimit
1147 func setMemoryLimit(in int64) (out int64) {
1148         // Run on the system stack since we grab the heap lock.
1149         systemstack(func() {
1150                 lock(&mheap_.lock)
1151                 out = gcController.setMemoryLimit(in)
1152                 if in < 0 || out == in {
1153                         // If we're just checking the value or not changing
1154                         // it, there's no point in doing the rest.
1155                         unlock(&mheap_.lock)
1156                         return
1157                 }
1158                 gcController.commit()
1159                 gcPaceSweeper(gcController.trigger)
1160                 gcPaceScavenger(gcController.heapGoal, gcController.lastHeapGoal)
1161                 unlock(&mheap_.lock)
1162         })
1163         return out
1164 }
1165
1166 func readGOMEMLIMIT() int64 {
1167         p := gogetenv("GOMEMLIMIT")
1168         if p == "" || p == "off" {
1169                 return maxInt64
1170         }
1171         n, ok := parseByteCount(p)
1172         if !ok {
1173                 print("GOMEMLIMIT=", p, "\n")
1174                 throw("malformed GOMEMLIMIT; see `go doc runtime/debug.SetMemoryLimit`")
1175         }
1176         return n
1177 }
1178
1179 type piController struct {
1180         kp float64 // Proportional constant.
1181         ti float64 // Integral time constant.
1182         tt float64 // Reset time.
1183
1184         min, max float64 // Output boundaries.
1185
1186         // PI controller state.
1187
1188         errIntegral float64 // Integral of the error from t=0 to now.
1189
1190         // Error flags.
1191         errOverflow   bool // Set if errIntegral ever overflowed.
1192         inputOverflow bool // Set if an operation with the input overflowed.
1193 }
1194
1195 // next provides a new sample to the controller.
1196 //
1197 // input is the sample, setpoint is the desired point, and period is how much
1198 // time (in whatever unit makes the most sense) has passed since the last sample.
1199 //
1200 // Returns a new value for the variable it's controlling, and whether the operation
1201 // completed successfully. One reason this might fail is if error has been growing
1202 // in an unbounded manner, to the point of overflow.
1203 //
1204 // In the specific case of an error overflow occurs, the errOverflow field will be
1205 // set and the rest of the controller's internal state will be fully reset.
1206 func (c *piController) next(input, setpoint, period float64) (float64, bool) {
1207         // Compute the raw output value.
1208         prop := c.kp * (setpoint - input)
1209         rawOutput := prop + c.errIntegral
1210
1211         // Clamp rawOutput into output.
1212         output := rawOutput
1213         if isInf(output) || isNaN(output) {
1214                 // The input had a large enough magnitude that either it was already
1215                 // overflowed, or some operation with it overflowed.
1216                 // Set a flag and reset. That's the safest thing to do.
1217                 c.reset()
1218                 c.inputOverflow = true
1219                 return c.min, false
1220         }
1221         if output < c.min {
1222                 output = c.min
1223         } else if output > c.max {
1224                 output = c.max
1225         }
1226
1227         // Update the controller's state.
1228         if c.ti != 0 && c.tt != 0 {
1229                 c.errIntegral += (c.kp*period/c.ti)*(setpoint-input) + (period/c.tt)*(output-rawOutput)
1230                 if isInf(c.errIntegral) || isNaN(c.errIntegral) {
1231                         // So much error has accumulated that we managed to overflow.
1232                         // The assumptions around the controller have likely broken down.
1233                         // Set a flag and reset. That's the safest thing to do.
1234                         c.reset()
1235                         c.errOverflow = true
1236                         return c.min, false
1237                 }
1238         }
1239         return output, true
1240 }
1241
1242 // reset resets the controller state, except for controller error flags.
1243 func (c *piController) reset() {
1244         c.errIntegral = 0
1245 }
1246
1247 // addIdleMarkWorker attempts to add a new idle mark worker.
1248 //
1249 // If this returns true, the caller must become an idle mark worker unless
1250 // there's no background mark worker goroutines in the pool. This case is
1251 // harmless because there are already background mark workers running.
1252 // If this returns false, the caller must NOT become an idle mark worker.
1253 //
1254 // nosplit because it may be called without a P.
1255 //go:nosplit
1256 func (c *gcControllerState) addIdleMarkWorker() bool {
1257         for {
1258                 old := c.idleMarkWorkers.Load()
1259                 n, max := int32(old&uint64(^uint32(0))), int32(old>>32)
1260                 if n >= max {
1261                         // See the comment on idleMarkWorkers for why
1262                         // n > max is tolerated.
1263                         return false
1264                 }
1265                 if n < 0 {
1266                         print("n=", n, " max=", max, "\n")
1267                         throw("negative idle mark workers")
1268                 }
1269                 new := uint64(uint32(n+1)) | (uint64(max) << 32)
1270                 if c.idleMarkWorkers.CompareAndSwap(old, new) {
1271                         return true
1272                 }
1273         }
1274 }
1275
1276 // needIdleMarkWorker is a hint as to whether another idle mark worker is needed.
1277 //
1278 // The caller must still call addIdleMarkWorker to become one. This is mainly
1279 // useful for a quick check before an expensive operation.
1280 //
1281 // nosplit because it may be called without a P.
1282 //go:nosplit
1283 func (c *gcControllerState) needIdleMarkWorker() bool {
1284         p := c.idleMarkWorkers.Load()
1285         n, max := int32(p&uint64(^uint32(0))), int32(p>>32)
1286         return n < max
1287 }
1288
1289 // removeIdleMarkWorker must be called when an new idle mark worker stops executing.
1290 func (c *gcControllerState) removeIdleMarkWorker() {
1291         for {
1292                 old := c.idleMarkWorkers.Load()
1293                 n, max := int32(old&uint64(^uint32(0))), int32(old>>32)
1294                 if n-1 < 0 {
1295                         print("n=", n, " max=", max, "\n")
1296                         throw("negative idle mark workers")
1297                 }
1298                 new := uint64(uint32(n-1)) | (uint64(max) << 32)
1299                 if c.idleMarkWorkers.CompareAndSwap(old, new) {
1300                         return
1301                 }
1302         }
1303 }
1304
1305 // setMaxIdleMarkWorkers sets the maximum number of idle mark workers allowed.
1306 //
1307 // This method is optimistic in that it does not wait for the number of
1308 // idle mark workers to reduce to max before returning; it assumes the workers
1309 // will deschedule themselves.
1310 func (c *gcControllerState) setMaxIdleMarkWorkers(max int32) {
1311         for {
1312                 old := c.idleMarkWorkers.Load()
1313                 n := int32(old & uint64(^uint32(0)))
1314                 if n < 0 {
1315                         print("n=", n, " max=", max, "\n")
1316                         throw("negative idle mark workers")
1317                 }
1318                 new := uint64(uint32(n)) | (uint64(max) << 32)
1319                 if c.idleMarkWorkers.CompareAndSwap(old, new) {
1320                         return
1321                 }
1322         }
1323 }