]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgcpacer.go
runtime: don't assume that 0.25 * 100 is representable as int
[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.HeapMinimum512KiBInt)*(512<<10) +
57                 (1-goexperiment.HeapMinimum512KiBInt)*(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
88         // Initialized from GOGC. GOGC=off means no GC.
89         gcPercent atomic.Int32
90
91         _ uint32 // padding so following 64-bit values are 8-byte aligned
92
93         // heapMinimum is the minimum heap size at which to trigger GC.
94         // For small heaps, this overrides the usual GOGC*live set rule.
95         //
96         // When there is a very small live set but a lot of allocation, simply
97         // collecting when the heap reaches GOGC*live results in many GC
98         // cycles and high total per-GC overhead. This minimum amortizes this
99         // per-GC overhead while keeping the heap reasonably small.
100         //
101         // During initialization this is set to 4MB*GOGC/100. In the case of
102         // GOGC==0, this will set heapMinimum to 0, resulting in constant
103         // collection even when the heap size is small, which is useful for
104         // debugging.
105         heapMinimum uint64
106
107         // triggerRatio is the heap growth ratio that triggers marking.
108         //
109         // E.g., if this is 0.6, then GC should start when the live
110         // heap has reached 1.6 times the heap size marked by the
111         // previous cycle. This should be ≤ GOGC/100 so the trigger
112         // heap size is less than the goal heap size. This is set
113         // during mark termination for the next cycle's trigger.
114         //
115         // Protected by mheap_.lock or a STW.
116         //
117         // Used if !goexperiment.PacerRedesign.
118         triggerRatio float64
119
120         // trigger is the heap size that triggers marking.
121         //
122         // When heapLive ≥ trigger, the mark phase will start.
123         // This is also the heap size by which proportional sweeping
124         // must be complete.
125         //
126         // This is computed from triggerRatio during mark termination
127         // for the next cycle's trigger.
128         //
129         // Protected by mheap_.lock or a STW.
130         trigger uint64
131
132         // consMark is the estimated per-CPU consMark ratio for the application.
133         //
134         // It represents the ratio between the application's allocation
135         // rate, as bytes allocated per CPU-time, and the GC's scan rate,
136         // as bytes scanned per CPU-time.
137         // The units of this ratio are (B / cpu-ns) / (B / cpu-ns).
138         //
139         // At a high level, this value is computed as the bytes of memory
140         // allocated (cons) per unit of scan work completed (mark) in a GC
141         // cycle, divided by the CPU time spent on each activity.
142         //
143         // Updated at the end of each GC cycle, in endCycle.
144         //
145         // For goexperiment.PacerRedesign.
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         //
154         // For goexperiment.PacerRedesign.
155         consMarkController piController
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         // For !goexperiment.PacerRedesign: Whenever this is updated,
200         // call this gcControllerState's revise() method. It is read
201         // and written atomically or with the world stopped.
202         //
203         // For goexperiment.PacerRedesign: This value is fixed at the
204         // start of a GC cycle, so during a GC cycle it is safe to
205         // read without atomics, and it represents the maximum scannable
206         // heap.
207         heapScan uint64
208
209         // lastHeapScan is the number of bytes of heap that were scanned
210         // last GC cycle. It is the same as heapMarked, but only
211         // includes the "scannable" parts of objects.
212         //
213         // Updated when the world is stopped.
214         lastHeapScan uint64
215
216         // stackScan is a snapshot of scannableStackSize taken at each GC
217         // STW pause and is used in pacing decisions.
218         //
219         // Updated only while the world is stopped.
220         stackScan uint64
221
222         // scannableStackSize is the amount of allocated goroutine stack space in
223         // use by goroutines.
224         //
225         // This number tracks allocated goroutine stack space rather than used
226         // goroutine stack space (i.e. what is actually scanned) because used
227         // goroutine stack space is much harder to measure cheaply. By using
228         // allocated space, we make an overestimate; this is OK, it's better
229         // to conservatively overcount than undercount.
230         //
231         // Read and updated atomically.
232         scannableStackSize uint64
233
234         // globalsScan is the total amount of global variable space
235         // that is scannable.
236         //
237         // Read and updated atomically.
238         globalsScan uint64
239
240         // heapMarked is the number of bytes marked by the previous
241         // GC. After mark termination, heapLive == heapMarked, but
242         // unlike heapLive, heapMarked does not change until the
243         // next mark termination.
244         heapMarked uint64
245
246         // heapScanWork is the total heap scan work performed this cycle.
247         // stackScanWork is the total stack scan work performed this cycle.
248         // globalsScanWork is the total globals scan work performed this cycle.
249         //
250         // These are updated atomically during the cycle. Updates occur in
251         // bounded batches, since they are both written and read
252         // throughout the cycle. At the end of the cycle, heapScanWork is how
253         // much of the retained heap is scannable.
254         //
255         // Currently these are measured in bytes. For most uses, this is an
256         // opaque unit of work, but for estimation the definition is important.
257         //
258         // Note that stackScanWork includes all allocated space, not just the
259         // size of the stack itself, mirroring stackSize.
260         //
261         // For !goexperiment.PacerRedesign, stackScanWork and globalsScanWork
262         // are always zero.
263         heapScanWork    atomic.Int64
264         stackScanWork   atomic.Int64
265         globalsScanWork atomic.Int64
266
267         // bgScanCredit is the scan work credit accumulated by the
268         // concurrent background scan. This credit is accumulated by
269         // the background scan and stolen by mutator assists. This is
270         // updated atomically. Updates occur in bounded batches, since
271         // it is both written and read throughout the cycle.
272         bgScanCredit int64
273
274         // assistTime is the nanoseconds spent in mutator assists
275         // during this cycle. This is updated atomically. Updates
276         // occur in bounded batches, since it is both written and read
277         // throughout the cycle.
278         assistTime int64
279
280         // dedicatedMarkTime is the nanoseconds spent in dedicated
281         // mark workers during this cycle. This is updated atomically
282         // at the end of the concurrent mark phase.
283         dedicatedMarkTime int64
284
285         // fractionalMarkTime is the nanoseconds spent in the
286         // fractional mark worker during this cycle. This is updated
287         // atomically throughout the cycle and will be up-to-date if
288         // the fractional mark worker is not currently running.
289         fractionalMarkTime int64
290
291         // idleMarkTime is the nanoseconds spent in idle marking
292         // during this cycle. This is updated atomically throughout
293         // the cycle.
294         idleMarkTime int64
295
296         // markStartTime is the absolute start time in nanoseconds
297         // that assists and background mark workers started.
298         markStartTime int64
299
300         // dedicatedMarkWorkersNeeded is the number of dedicated mark
301         // workers that need to be started. This is computed at the
302         // beginning of each cycle and decremented atomically as
303         // dedicated mark workers get started.
304         dedicatedMarkWorkersNeeded int64
305
306         // assistWorkPerByte is the ratio of scan work to allocated
307         // bytes that should be performed by mutator assists. This is
308         // computed at the beginning of each cycle and updated every
309         // time heapScan is updated.
310         assistWorkPerByte atomic.Float64
311
312         // assistBytesPerWork is 1/assistWorkPerByte.
313         //
314         // Note that because this is read and written independently
315         // from assistWorkPerByte users may notice a skew between
316         // the two values, and such a state should be safe.
317         assistBytesPerWork atomic.Float64
318
319         // fractionalUtilizationGoal is the fraction of wall clock
320         // time that should be spent in the fractional mark worker on
321         // each P that isn't running a dedicated worker.
322         //
323         // For example, if the utilization goal is 25% and there are
324         // no dedicated workers, this will be 0.25. If the goal is
325         // 25%, there is one dedicated worker, and GOMAXPROCS is 5,
326         // this will be 0.05 to make up the missing 5%.
327         //
328         // If this is zero, no fractional workers are needed.
329         fractionalUtilizationGoal float64
330
331         // test indicates that this is a test-only copy of gcControllerState.
332         test bool
333
334         _ cpu.CacheLinePad
335 }
336
337 func (c *gcControllerState) init(gcPercent int32) {
338         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum
339
340         if goexperiment.PacerRedesign {
341                 c.consMarkController = piController{
342                         // Tuned first via the Ziegler-Nichols process in simulation,
343                         // then the integral time was manually tuned against real-world
344                         // applications to deal with noisiness in the measured cons/mark
345                         // ratio.
346                         kp: 0.9,
347                         ti: 4.0,
348
349                         // Set a high reset time in GC cycles.
350                         // This is inversely proportional to the rate at which we
351                         // accumulate error from clipping. By making this very high
352                         // we make the accumulation slow. In general, clipping is
353                         // OK in our situation, hence the choice.
354                         //
355                         // Tune this if we get unintended effects from clipping for
356                         // a long time.
357                         tt:  1000,
358                         min: -1000,
359                         max: 1000,
360                 }
361         } else {
362                 // Set a reasonable initial GC trigger.
363                 c.triggerRatio = 7 / 8.0
364
365                 // Fake a heapMarked value so it looks like a trigger at
366                 // heapMinimum is the appropriate growth from heapMarked.
367                 // This will go into computing the initial GC goal.
368                 c.heapMarked = uint64(float64(c.heapMinimum) / (1 + c.triggerRatio))
369         }
370
371         // This will also compute and set the GC trigger and goal.
372         c.setGCPercent(gcPercent)
373 }
374
375 // startCycle resets the GC controller's state and computes estimates
376 // for a new GC cycle. The caller must hold worldsema and the world
377 // must be stopped.
378 func (c *gcControllerState) startCycle(markStartTime int64, procs int) {
379         c.heapScanWork.Store(0)
380         c.stackScanWork.Store(0)
381         c.globalsScanWork.Store(0)
382         c.bgScanCredit = 0
383         c.assistTime = 0
384         c.dedicatedMarkTime = 0
385         c.fractionalMarkTime = 0
386         c.idleMarkTime = 0
387         c.markStartTime = markStartTime
388         c.stackScan = atomic.Load64(&c.scannableStackSize)
389
390         // Ensure that the heap goal is at least a little larger than
391         // the current live heap size. This may not be the case if GC
392         // start is delayed or if the allocation that pushed gcController.heapLive
393         // over trigger is large or if the trigger is really close to
394         // GOGC. Assist is proportional to this distance, so enforce a
395         // minimum distance, even if it means going over the GOGC goal
396         // by a tiny bit.
397         if goexperiment.PacerRedesign {
398                 if c.heapGoal < c.heapLive+64<<10 {
399                         c.heapGoal = c.heapLive + 64<<10
400                 }
401         } else {
402                 if c.heapGoal < c.heapLive+1<<20 {
403                         c.heapGoal = c.heapLive + 1<<20
404                 }
405         }
406
407         // Compute the background mark utilization goal. In general,
408         // this may not come out exactly. We round the number of
409         // dedicated workers so that the utilization is closest to
410         // 25%. For small GOMAXPROCS, this would introduce too much
411         // error, so we add fractional workers in that case.
412         totalUtilizationGoal := float64(procs) * gcBackgroundUtilization
413         c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(totalUtilizationGoal + 0.5)
414         utilError := float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)/totalUtilizationGoal - 1
415         const maxUtilError = 0.3
416         if utilError < -maxUtilError || utilError > maxUtilError {
417                 // Rounding put us more than 30% off our goal. With
418                 // gcBackgroundUtilization of 25%, this happens for
419                 // GOMAXPROCS<=3 or GOMAXPROCS=6. Enable fractional
420                 // workers to compensate.
421                 if float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded) > totalUtilizationGoal {
422                         // Too many dedicated workers.
423                         c.dedicatedMarkWorkersNeeded--
424                 }
425                 c.fractionalUtilizationGoal = (totalUtilizationGoal - float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)) / float64(procs)
426         } else {
427                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
428         }
429
430         // In STW mode, we just want dedicated workers.
431         if debug.gcstoptheworld > 0 {
432                 c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(procs)
433                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
434         }
435
436         // Clear per-P state
437         for _, p := range allp {
438                 p.gcAssistTime = 0
439                 p.gcFractionalMarkTime = 0
440         }
441
442         // Compute initial values for controls that are updated
443         // throughout the cycle.
444         c.revise()
445
446         if debug.gcpacertrace > 0 {
447                 assistRatio := c.assistWorkPerByte.Load()
448                 print("pacer: assist ratio=", assistRatio,
449                         " (scan ", gcController.heapScan>>20, " MB in ",
450                         work.initialHeapLive>>20, "->",
451                         c.heapGoal>>20, " MB)",
452                         " workers=", c.dedicatedMarkWorkersNeeded,
453                         "+", c.fractionalUtilizationGoal, "\n")
454         }
455 }
456
457 // revise updates the assist ratio during the GC cycle to account for
458 // improved estimates. This should be called whenever gcController.heapScan,
459 // gcController.heapLive, or gcController.heapGoal is updated. It is safe to
460 // call concurrently, but it may race with other calls to revise.
461 //
462 // The result of this race is that the two assist ratio values may not line
463 // up or may be stale. In practice this is OK because the assist ratio
464 // moves slowly throughout a GC cycle, and the assist ratio is a best-effort
465 // heuristic anyway. Furthermore, no part of the heuristic depends on
466 // the two assist ratio values being exact reciprocals of one another, since
467 // the two values are used to convert values from different sources.
468 //
469 // The worst case result of this raciness is that we may miss a larger shift
470 // in the ratio (say, if we decide to pace more aggressively against the
471 // hard heap goal) but even this "hard goal" is best-effort (see #40460).
472 // The dedicated GC should ensure we don't exceed the hard goal by too much
473 // in the rare case we do exceed it.
474 //
475 // It should only be called when gcBlackenEnabled != 0 (because this
476 // is when assists are enabled and the necessary statistics are
477 // available).
478 func (c *gcControllerState) revise() {
479         gcPercent := c.gcPercent.Load()
480         if gcPercent < 0 {
481                 // If GC is disabled but we're running a forced GC,
482                 // act like GOGC is huge for the below calculations.
483                 gcPercent = 100000
484         }
485         live := atomic.Load64(&c.heapLive)
486         scan := atomic.Load64(&c.heapScan)
487         work := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
488
489         // Assume we're under the soft goal. Pace GC to complete at
490         // heapGoal assuming the heap is in steady-state.
491         heapGoal := int64(atomic.Load64(&c.heapGoal))
492
493         var scanWorkExpected int64
494         if goexperiment.PacerRedesign {
495                 // The expected scan work is computed as the amount of bytes scanned last
496                 // GC cycle, plus our estimate of stacks and globals work for this cycle.
497                 scanWorkExpected = int64(c.lastHeapScan + c.stackScan + c.globalsScan)
498
499                 // maxScanWork is a worst-case estimate of the amount of scan work that
500                 // needs to be performed in this GC cycle. Specifically, it represents
501                 // the case where *all* scannable memory turns out to be live.
502                 maxScanWork := int64(scan + c.stackScan + c.globalsScan)
503                 if work > scanWorkExpected {
504                         // We've already done more scan work than expected. Because our expectation
505                         // is based on a steady-state scannable heap size, we assume this means our
506                         // heap is growing. Compute a new heap goal that takes our existing runway
507                         // computed for scanWorkExpected and extrapolates it to maxScanWork, the worst-case
508                         // scan work. This keeps our assist ratio stable if the heap continues to grow.
509                         //
510                         // The effect of this mechanism is that assists stay flat in the face of heap
511                         // growths. It's OK to use more memory this cycle to scan all the live heap,
512                         // because the next GC cycle is inevitably going to use *at least* that much
513                         // memory anyway.
514                         extHeapGoal := int64(float64(heapGoal-int64(c.trigger))/float64(scanWorkExpected)*float64(maxScanWork)) + int64(c.trigger)
515                         scanWorkExpected = maxScanWork
516
517                         // hardGoal is a hard limit on the amount that we're willing to push back the
518                         // heap goal, and that's twice the heap goal (i.e. if GOGC=100 and the heap and/or
519                         // stacks and/or globals grow to twice their size, this limits the current GC cycle's
520                         // growth to 4x the original live heap's size).
521                         //
522                         // This maintains the invariant that we use no more memory than the next GC cycle
523                         // will anyway.
524                         hardGoal := int64((1.0 + float64(gcPercent)/100.0) * float64(heapGoal))
525                         if extHeapGoal > hardGoal {
526                                 extHeapGoal = hardGoal
527                         }
528                         heapGoal = extHeapGoal
529                 }
530                 if int64(live) > heapGoal {
531                         // We're already past our heap goal, even the extrapolated one.
532                         // Leave ourselves some extra runway, so in the worst case we
533                         // finish by that point.
534                         const maxOvershoot = 1.1
535                         heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
536
537                         // Compute the upper bound on the scan work remaining.
538                         scanWorkExpected = maxScanWork
539                 }
540         } else {
541                 // Compute the expected scan work remaining.
542                 //
543                 // This is estimated based on the expected
544                 // steady-state scannable heap. For example, with
545                 // GOGC=100, only half of the scannable heap is
546                 // expected to be live, so that's what we target.
547                 //
548                 // (This is a float calculation to avoid overflowing on
549                 // 100*heapScan.)
550                 scanWorkExpected = int64(float64(scan) * 100 / float64(100+gcPercent))
551                 if int64(live) > heapGoal || work > scanWorkExpected {
552                         // We're past the soft goal, or we've already done more scan
553                         // work than we expected. Pace GC so that in the worst case it
554                         // will complete by the hard goal.
555                         const maxOvershoot = 1.1
556                         heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
557
558                         // Compute the upper bound on the scan work remaining.
559                         scanWorkExpected = int64(scan)
560                 }
561         }
562
563         // Compute the remaining scan work estimate.
564         //
565         // Note that we currently count allocations during GC as both
566         // scannable heap (heapScan) and scan work completed
567         // (scanWork), so allocation will change this difference
568         // slowly in the soft regime and not at all in the hard
569         // regime.
570         scanWorkRemaining := scanWorkExpected - work
571         if scanWorkRemaining < 1000 {
572                 // We set a somewhat arbitrary lower bound on
573                 // remaining scan work since if we aim a little high,
574                 // we can miss by a little.
575                 //
576                 // We *do* need to enforce that this is at least 1,
577                 // since marking is racy and double-scanning objects
578                 // may legitimately make the remaining scan work
579                 // negative, even in the hard goal regime.
580                 scanWorkRemaining = 1000
581         }
582
583         // Compute the heap distance remaining.
584         heapRemaining := heapGoal - int64(live)
585         if heapRemaining <= 0 {
586                 // This shouldn't happen, but if it does, avoid
587                 // dividing by zero or setting the assist negative.
588                 heapRemaining = 1
589         }
590
591         // Compute the mutator assist ratio so by the time the mutator
592         // allocates the remaining heap bytes up to heapGoal, it will
593         // have done (or stolen) the remaining amount of scan work.
594         // Note that the assist ratio values are updated atomically
595         // but not together. This means there may be some degree of
596         // skew between the two values. This is generally OK as the
597         // values shift relatively slowly over the course of a GC
598         // cycle.
599         assistWorkPerByte := float64(scanWorkRemaining) / float64(heapRemaining)
600         assistBytesPerWork := float64(heapRemaining) / float64(scanWorkRemaining)
601         c.assistWorkPerByte.Store(assistWorkPerByte)
602         c.assistBytesPerWork.Store(assistBytesPerWork)
603 }
604
605 // endCycle computes the trigger ratio (!goexperiment.PacerRedesign)
606 // or the consMark estimate (goexperiment.PacerRedesign) for the next cycle.
607 // Returns the trigger ratio if application, or 0 (goexperiment.PacerRedesign).
608 // userForced indicates whether the current GC cycle was forced
609 // by the application.
610 func (c *gcControllerState) endCycle(now int64, procs int, userForced bool) float64 {
611         // Record last heap goal for the scavenger.
612         // We'll be updating the heap goal soon.
613         gcController.lastHeapGoal = gcController.heapGoal
614
615         // Compute the duration of time for which assists were turned on.
616         assistDuration := now - c.markStartTime
617
618         // Assume background mark hit its utilization goal.
619         utilization := gcBackgroundUtilization
620         // Add assist utilization; avoid divide by zero.
621         if assistDuration > 0 {
622                 utilization += float64(c.assistTime) / float64(assistDuration*int64(procs))
623         }
624
625         if goexperiment.PacerRedesign {
626                 if c.heapLive <= c.trigger {
627                         // Shouldn't happen, but let's be very safe about this in case the
628                         // GC is somehow extremely short.
629                         //
630                         // In this case though, the only reasonable value for c.heapLive-c.trigger
631                         // would be 0, which isn't really all that useful, i.e. the GC was so short
632                         // that it didn't matter.
633                         //
634                         // Ignore this case and don't update anything.
635                         return 0
636                 }
637                 idleUtilization := 0.0
638                 if assistDuration > 0 {
639                         idleUtilization = float64(c.idleMarkTime) / float64(assistDuration*int64(procs))
640                 }
641                 // Determine the cons/mark ratio.
642                 //
643                 // The units we want for the numerator and denominator are both B / cpu-ns.
644                 // We get this by taking the bytes allocated or scanned, and divide by the amount of
645                 // CPU time it took for those operations. For allocations, that CPU time is
646                 //
647                 //    assistDuration * procs * (1 - utilization)
648                 //
649                 // Where utilization includes just background GC workers and assists. It does *not*
650                 // include idle GC work time, because in theory the mutator is free to take that at
651                 // any point.
652                 //
653                 // For scanning, that CPU time is
654                 //
655                 //    assistDuration * procs * (utilization + idleUtilization)
656                 //
657                 // In this case, we *include* idle utilization, because that is additional CPU time that the
658                 // the GC had available to it.
659                 //
660                 // In effect, idle GC time is sort of double-counted here, but it's very weird compared
661                 // to other kinds of GC work, because of how fluid it is. Namely, because the mutator is
662                 // *always* free to take it.
663                 //
664                 // So this calculation is really:
665                 //     (heapLive-trigger) / (assistDuration * procs * (1-utilization)) /
666                 //         (scanWork) / (assistDuration * procs * (utilization+idleUtilization)
667                 //
668                 // Note that because we only care about the ratio, assistDuration and procs cancel out.
669                 scanWork := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
670                 currentConsMark := (float64(c.heapLive-c.trigger) * (utilization + idleUtilization)) /
671                         (float64(scanWork) * (1 - utilization))
672
673                 // Update cons/mark controller.
674                 // Period for this is 1 GC cycle.
675                 oldConsMark := c.consMark
676                 c.consMark = c.consMarkController.next(c.consMark, currentConsMark, 1.0)
677
678                 if debug.gcpacertrace > 0 {
679                         printlock()
680                         goal := gcGoalUtilization * 100
681                         print("pacer: ", int(utilization*100), "% CPU (", int(goal), " exp.) for ")
682                         print(c.heapScanWork.Load(), "+", c.stackScanWork.Load(), "+", c.globalsScanWork.Load(), " B work (", c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan, " B exp.) ")
683                         print("in ", c.trigger, " B -> ", c.heapLive, " B (∆goal ", int64(c.heapLive)-int64(c.heapGoal), ", cons/mark ", oldConsMark, ")")
684                         println()
685                         printunlock()
686                 }
687                 return 0
688         }
689
690         // !goexperiment.PacerRedesign below.
691
692         if userForced {
693                 // Forced GC means this cycle didn't start at the
694                 // trigger, so where it finished isn't good
695                 // information about how to adjust the trigger.
696                 // Just leave it where it is.
697                 return c.triggerRatio
698         }
699
700         // Proportional response gain for the trigger controller. Must
701         // be in [0, 1]. Lower values smooth out transient effects but
702         // take longer to respond to phase changes. Higher values
703         // react to phase changes quickly, but are more affected by
704         // transient changes. Values near 1 may be unstable.
705         const triggerGain = 0.5
706
707         // Compute next cycle trigger ratio. First, this computes the
708         // "error" for this cycle; that is, how far off the trigger
709         // was from what it should have been, accounting for both heap
710         // growth and GC CPU utilization. We compute the actual heap
711         // growth during this cycle and scale that by how far off from
712         // the goal CPU utilization we were (to estimate the heap
713         // growth if we had the desired CPU utilization). The
714         // difference between this estimate and the GOGC-based goal
715         // heap growth is the error.
716         goalGrowthRatio := c.effectiveGrowthRatio()
717         actualGrowthRatio := float64(c.heapLive)/float64(c.heapMarked) - 1
718         triggerError := goalGrowthRatio - c.triggerRatio - utilization/gcGoalUtilization*(actualGrowthRatio-c.triggerRatio)
719
720         // Finally, we adjust the trigger for next time by this error,
721         // damped by the proportional gain.
722         triggerRatio := c.triggerRatio + triggerGain*triggerError
723
724         if debug.gcpacertrace > 0 {
725                 // Print controller state in terms of the design
726                 // document.
727                 H_m_prev := c.heapMarked
728                 h_t := c.triggerRatio
729                 H_T := c.trigger
730                 h_a := actualGrowthRatio
731                 H_a := c.heapLive
732                 h_g := goalGrowthRatio
733                 H_g := int64(float64(H_m_prev) * (1 + h_g))
734                 u_a := utilization
735                 u_g := gcGoalUtilization
736                 W_a := c.heapScanWork.Load()
737                 print("pacer: H_m_prev=", H_m_prev,
738                         " h_t=", h_t, " H_T=", H_T,
739                         " h_a=", h_a, " H_a=", H_a,
740                         " h_g=", h_g, " H_g=", H_g,
741                         " u_a=", u_a, " u_g=", u_g,
742                         " W_a=", W_a,
743                         " goalΔ=", goalGrowthRatio-h_t,
744                         " actualΔ=", h_a-h_t,
745                         " u_a/u_g=", u_a/u_g,
746                         "\n")
747         }
748
749         return triggerRatio
750 }
751
752 // enlistWorker encourages another dedicated mark worker to start on
753 // another P if there are spare worker slots. It is used by putfull
754 // when more work is made available.
755 //
756 //go:nowritebarrier
757 func (c *gcControllerState) enlistWorker() {
758         // If there are idle Ps, wake one so it will run an idle worker.
759         // NOTE: This is suspected of causing deadlocks. See golang.org/issue/19112.
760         //
761         //      if atomic.Load(&sched.npidle) != 0 && atomic.Load(&sched.nmspinning) == 0 {
762         //              wakep()
763         //              return
764         //      }
765
766         // There are no idle Ps. If we need more dedicated workers,
767         // try to preempt a running P so it will switch to a worker.
768         if c.dedicatedMarkWorkersNeeded <= 0 {
769                 return
770         }
771         // Pick a random other P to preempt.
772         if gomaxprocs <= 1 {
773                 return
774         }
775         gp := getg()
776         if gp == nil || gp.m == nil || gp.m.p == 0 {
777                 return
778         }
779         myID := gp.m.p.ptr().id
780         for tries := 0; tries < 5; tries++ {
781                 id := int32(fastrandn(uint32(gomaxprocs - 1)))
782                 if id >= myID {
783                         id++
784                 }
785                 p := allp[id]
786                 if p.status != _Prunning {
787                         continue
788                 }
789                 if preemptone(p) {
790                         return
791                 }
792         }
793 }
794
795 // findRunnableGCWorker returns a background mark worker for _p_ if it
796 // should be run. This must only be called when gcBlackenEnabled != 0.
797 func (c *gcControllerState) findRunnableGCWorker(_p_ *p) *g {
798         if gcBlackenEnabled == 0 {
799                 throw("gcControllerState.findRunnable: blackening not enabled")
800         }
801
802         if !gcMarkWorkAvailable(_p_) {
803                 // No work to be done right now. This can happen at
804                 // the end of the mark phase when there are still
805                 // assists tapering off. Don't bother running a worker
806                 // now because it'll just return immediately.
807                 return nil
808         }
809
810         // Grab a worker before we commit to running below.
811         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(gcBgMarkWorkerPool.pop())
812         if node == nil {
813                 // There is at least one worker per P, so normally there are
814                 // enough workers to run on all Ps, if necessary. However, once
815                 // a worker enters gcMarkDone it may park without rejoining the
816                 // pool, thus freeing a P with no corresponding worker.
817                 // gcMarkDone never depends on another worker doing work, so it
818                 // is safe to simply do nothing here.
819                 //
820                 // If gcMarkDone bails out without completing the mark phase,
821                 // it will always do so with queued global work. Thus, that P
822                 // will be immediately eligible to re-run the worker G it was
823                 // just using, ensuring work can complete.
824                 return nil
825         }
826
827         decIfPositive := func(ptr *int64) bool {
828                 for {
829                         v := atomic.Loadint64(ptr)
830                         if v <= 0 {
831                                 return false
832                         }
833
834                         if atomic.Casint64(ptr, v, v-1) {
835                                 return true
836                         }
837                 }
838         }
839
840         if decIfPositive(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded) {
841                 // This P is now dedicated to marking until the end of
842                 // the concurrent mark phase.
843                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerDedicatedMode
844         } else if c.fractionalUtilizationGoal == 0 {
845                 // No need for fractional workers.
846                 gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
847                 return nil
848         } else {
849                 // Is this P behind on the fractional utilization
850                 // goal?
851                 //
852                 // This should be kept in sync with pollFractionalWorkerExit.
853                 delta := nanotime() - c.markStartTime
854                 if delta > 0 && float64(_p_.gcFractionalMarkTime)/float64(delta) > c.fractionalUtilizationGoal {
855                         // Nope. No need to run a fractional worker.
856                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
857                         return nil
858                 }
859                 // Run a fractional worker.
860                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerFractionalMode
861         }
862
863         // Run the background mark worker.
864         gp := node.gp.ptr()
865         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
866         if trace.enabled {
867                 traceGoUnpark(gp, 0)
868         }
869         return gp
870 }
871
872 // resetLive sets up the controller state for the next mark phase after the end
873 // of the previous one. Must be called after endCycle and before commit, before
874 // the world is started.
875 //
876 // The world must be stopped.
877 func (c *gcControllerState) resetLive(bytesMarked uint64) {
878         c.heapMarked = bytesMarked
879         c.heapLive = bytesMarked
880         c.heapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
881         c.lastHeapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
882
883         // heapLive was updated, so emit a trace event.
884         if trace.enabled {
885                 traceHeapAlloc()
886         }
887 }
888
889 // logWorkTime updates mark work accounting in the controller by a duration of
890 // work in nanoseconds.
891 //
892 // Safe to execute at any time.
893 func (c *gcControllerState) logWorkTime(mode gcMarkWorkerMode, duration int64) {
894         switch mode {
895         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
896                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkTime, duration)
897                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded, 1)
898         case gcMarkWorkerFractionalMode:
899                 atomic.Xaddint64(&c.fractionalMarkTime, duration)
900         case gcMarkWorkerIdleMode:
901                 atomic.Xaddint64(&c.idleMarkTime, duration)
902         default:
903                 throw("logWorkTime: unknown mark worker mode")
904         }
905 }
906
907 func (c *gcControllerState) update(dHeapLive, dHeapScan int64) {
908         if dHeapLive != 0 {
909                 atomic.Xadd64(&gcController.heapLive, dHeapLive)
910                 if trace.enabled {
911                         // gcController.heapLive changed.
912                         traceHeapAlloc()
913                 }
914         }
915         // Only update heapScan in the new pacer redesign if we're not
916         // currently in a GC.
917         if !goexperiment.PacerRedesign || gcBlackenEnabled == 0 {
918                 if dHeapScan != 0 {
919                         atomic.Xadd64(&gcController.heapScan, dHeapScan)
920                 }
921         }
922         if gcBlackenEnabled != 0 {
923                 // gcController.heapLive and heapScan changed.
924                 c.revise()
925         }
926 }
927
928 func (c *gcControllerState) addScannableStack(pp *p, amount int64) {
929         if pp == nil {
930                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, amount)
931                 return
932         }
933         pp.scannableStackSizeDelta += amount
934         if pp.scannableStackSizeDelta >= scannableStackSizeSlack || pp.scannableStackSizeDelta <= -scannableStackSizeSlack {
935                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, pp.scannableStackSizeDelta)
936                 pp.scannableStackSizeDelta = 0
937         }
938 }
939
940 func (c *gcControllerState) addGlobals(amount int64) {
941         atomic.Xadd64(&c.globalsScan, amount)
942 }
943
944 // commit recomputes all pacing parameters from scratch, namely
945 // absolute trigger, the heap goal, mark pacing, and sweep pacing.
946 //
947 // If goexperiment.PacerRedesign is true, triggerRatio is ignored.
948 //
949 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
950 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
951 //
952 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
953 // gcController.heapLive. These must be up to date.
954 //
955 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
956 func (c *gcControllerState) commit(triggerRatio float64) {
957         if !c.test {
958                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
959         }
960
961         if !goexperiment.PacerRedesign {
962                 c.oldCommit(triggerRatio)
963                 return
964         }
965
966         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
967         // has grown by GOGC/100 over where it started the last cycle,
968         // plus additional runway for non-heap sources of GC work.
969         goal := ^uint64(0)
970         if gcPercent := c.gcPercent.Load(); gcPercent >= 0 {
971                 goal = c.heapMarked + (c.heapMarked+atomic.Load64(&c.stackScan)+atomic.Load64(&c.globalsScan))*uint64(gcPercent)/100
972         }
973
974         // Don't trigger below the minimum heap size.
975         minTrigger := c.heapMinimum
976         if !isSweepDone() {
977                 // Concurrent sweep happens in the heap growth
978                 // from gcController.heapLive to trigger, so ensure
979                 // that concurrent sweep has some heap growth
980                 // in which to perform sweeping before we
981                 // start the next GC cycle.
982                 sweepMin := atomic.Load64(&c.heapLive) + sweepMinHeapDistance
983                 if sweepMin > minTrigger {
984                         minTrigger = sweepMin
985                 }
986         }
987
988         // If we let the trigger go too low, then if the application
989         // is allocating very rapidly we might end up in a situation
990         // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
991         // The result of this is a growing heap and ultimately an
992         // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
993         // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
994         // this growth in RSS.
995         //
996         // The current constant was chosen empirically: given a sufficiently
997         // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
998         // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
999         // RSS compared to not having this allocator.
1000         if triggerBound := uint64(0.7*float64(goal-c.heapMarked)) + c.heapMarked; minTrigger < triggerBound {
1001                 minTrigger = triggerBound
1002         }
1003
1004         // For small heaps, set the max trigger point at 95% of the heap goal.
1005         // This ensures we always have *some* headroom when the GC actually starts.
1006         // For larger heaps, set the max trigger point at the goal, minus the
1007         // minimum heap size.
1008         // This choice follows from the fact that the minimum heap size is chosen
1009         // to reflect the costs of a GC with no work to do. With a large heap but
1010         // very little scan work to perform, this gives us exactly as much runway
1011         // as we would need, in the worst case.
1012         maxRunway := uint64(0.95 * float64(goal-c.heapMarked))
1013         if largeHeapMaxRunway := goal - c.heapMinimum; goal > c.heapMinimum && maxRunway < largeHeapMaxRunway {
1014                 maxRunway = largeHeapMaxRunway
1015         }
1016         maxTrigger := maxRunway + c.heapMarked
1017         if maxTrigger < minTrigger {
1018                 maxTrigger = minTrigger
1019         }
1020
1021         // Compute the trigger by using our estimate of the cons/mark ratio.
1022         //
1023         // The idea is to take our expected scan work, and multiply it by
1024         // the cons/mark ratio to determine how long it'll take to complete
1025         // that scan work in terms of bytes allocated. This gives us our GC's
1026         // runway.
1027         //
1028         // However, the cons/mark ratio is a ratio of rates per CPU-second, but
1029         // here we care about the relative rates for some division of CPU
1030         // resources among the mutator and the GC.
1031         //
1032         // To summarize, we have B / cpu-ns, and we want B / ns. We get that
1033         // by multiplying by our desired division of CPU resources. We choose
1034         // to express CPU resources as GOMAPROCS*fraction. Note that because
1035         // we're working with a ratio here, we can omit the number of CPU cores,
1036         // because they'll appear in the numerator and denominator and cancel out.
1037         // As a result, this is basically just "weighing" the cons/mark ratio by
1038         // our desired division of resources.
1039         //
1040         // Furthermore, by setting the trigger so that CPU resources are divided
1041         // this way, assuming that the cons/mark ratio is correct, we make that
1042         // division a reality.
1043         var trigger uint64
1044         runway := uint64((c.consMark * (1 - gcGoalUtilization) / (gcGoalUtilization)) * float64(c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan))
1045         if runway > goal {
1046                 trigger = minTrigger
1047         } else {
1048                 trigger = goal - runway
1049         }
1050         if trigger < minTrigger {
1051                 trigger = minTrigger
1052         }
1053         if trigger > maxTrigger {
1054                 trigger = maxTrigger
1055         }
1056         if trigger > goal {
1057                 goal = trigger
1058         }
1059
1060         // Commit to the trigger and goal.
1061         c.trigger = trigger
1062         atomic.Store64(&c.heapGoal, goal)
1063         if trace.enabled {
1064                 traceHeapGoal()
1065         }
1066
1067         // Update mark pacing.
1068         if gcphase != _GCoff {
1069                 c.revise()
1070         }
1071 }
1072
1073 // oldCommit sets the trigger ratio and updates everything
1074 // derived from it: the absolute trigger, the heap goal, mark pacing,
1075 // and sweep pacing.
1076 //
1077 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
1078 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
1079 //
1080 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
1081 // gcController.heapLive. These must be up to date.
1082 //
1083 // For !goexperiment.PacerRedesign.
1084 func (c *gcControllerState) oldCommit(triggerRatio float64) {
1085         gcPercent := c.gcPercent.Load()
1086
1087         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
1088         // has grown by GOGC/100 over the heap marked by the last
1089         // cycle.
1090         goal := ^uint64(0)
1091         if gcPercent >= 0 {
1092                 goal = c.heapMarked + c.heapMarked*uint64(gcPercent)/100
1093         }
1094
1095         // Set the trigger ratio, capped to reasonable bounds.
1096         if gcPercent >= 0 {
1097                 scalingFactor := float64(gcPercent) / 100
1098                 // Ensure there's always a little margin so that the
1099                 // mutator assist ratio isn't infinity.
1100                 maxTriggerRatio := 0.95 * scalingFactor
1101                 if triggerRatio > maxTriggerRatio {
1102                         triggerRatio = maxTriggerRatio
1103                 }
1104
1105                 // If we let triggerRatio go too low, then if the application
1106                 // is allocating very rapidly we might end up in a situation
1107                 // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
1108                 // The result of this is a growing heap and ultimately an
1109                 // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
1110                 // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
1111                 // this growth in RSS.
1112                 //
1113                 // The current constant was chosen empirically: given a sufficiently
1114                 // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
1115                 // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
1116                 // RSS compared to not having this allocator.
1117                 minTriggerRatio := 0.6 * scalingFactor
1118                 if triggerRatio < minTriggerRatio {
1119                         triggerRatio = minTriggerRatio
1120                 }
1121         } else if triggerRatio < 0 {
1122                 // gcPercent < 0, so just make sure we're not getting a negative
1123                 // triggerRatio. This case isn't expected to happen in practice,
1124                 // and doesn't really matter because if gcPercent < 0 then we won't
1125                 // ever consume triggerRatio further on in this function, but let's
1126                 // just be defensive here; the triggerRatio being negative is almost
1127                 // certainly undesirable.
1128                 triggerRatio = 0
1129         }
1130         c.triggerRatio = triggerRatio
1131
1132         // Compute the absolute GC trigger from the trigger ratio.
1133         //
1134         // We trigger the next GC cycle when the allocated heap has
1135         // grown by the trigger ratio over the marked heap size.
1136         trigger := ^uint64(0)
1137         if gcPercent >= 0 {
1138                 trigger = uint64(float64(c.heapMarked) * (1 + triggerRatio))
1139                 // Don't trigger below the minimum heap size.
1140                 minTrigger := c.heapMinimum
1141                 if !isSweepDone() {
1142                         // Concurrent sweep happens in the heap growth
1143                         // from gcController.heapLive to trigger, so ensure
1144                         // that concurrent sweep has some heap growth
1145                         // in which to perform sweeping before we
1146                         // start the next GC cycle.
1147                         sweepMin := atomic.Load64(&c.heapLive) + sweepMinHeapDistance
1148                         if sweepMin > minTrigger {
1149                                 minTrigger = sweepMin
1150                         }
1151                 }
1152                 if trigger < minTrigger {
1153                         trigger = minTrigger
1154                 }
1155                 if int64(trigger) < 0 {
1156                         print("runtime: heapGoal=", c.heapGoal, " heapMarked=", c.heapMarked, " gcController.heapLive=", c.heapLive, " initialHeapLive=", work.initialHeapLive, "triggerRatio=", triggerRatio, " minTrigger=", minTrigger, "\n")
1157                         throw("trigger underflow")
1158                 }
1159                 if trigger > goal {
1160                         // The trigger ratio is always less than GOGC/100, but
1161                         // other bounds on the trigger may have raised it.
1162                         // Push up the goal, too.
1163                         goal = trigger
1164                 }
1165         }
1166
1167         // Commit to the trigger and goal.
1168         c.trigger = trigger
1169         atomic.Store64(&c.heapGoal, goal)
1170         if trace.enabled {
1171                 traceHeapGoal()
1172         }
1173
1174         // Update mark pacing.
1175         if gcphase != _GCoff {
1176                 c.revise()
1177         }
1178 }
1179
1180 // effectiveGrowthRatio returns the current effective heap growth
1181 // ratio (GOGC/100) based on heapMarked from the previous GC and
1182 // heapGoal for the current GC.
1183 //
1184 // This may differ from gcPercent/100 because of various upper and
1185 // lower bounds on gcPercent. For example, if the heap is smaller than
1186 // heapMinimum, this can be higher than gcPercent/100.
1187 //
1188 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
1189 func (c *gcControllerState) effectiveGrowthRatio() float64 {
1190         if !c.test {
1191                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1192         }
1193
1194         egogc := float64(atomic.Load64(&c.heapGoal)-c.heapMarked) / float64(c.heapMarked)
1195         if egogc < 0 {
1196                 // Shouldn't happen, but just in case.
1197                 egogc = 0
1198         }
1199         return egogc
1200 }
1201
1202 // setGCPercent updates gcPercent and all related pacer state.
1203 // Returns the old value of gcPercent.
1204 //
1205 // Calls gcControllerState.commit.
1206 //
1207 // The world must be stopped, or mheap_.lock must be held.
1208 func (c *gcControllerState) setGCPercent(in int32) int32 {
1209         if !c.test {
1210                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1211         }
1212
1213         out := c.gcPercent.Load()
1214         if in < 0 {
1215                 in = -1
1216         }
1217         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum * uint64(in) / 100
1218         c.gcPercent.Store(in)
1219         // Update pacing in response to gcPercent change.
1220         c.commit(c.triggerRatio)
1221
1222         return out
1223 }
1224
1225 //go:linkname setGCPercent runtime/debug.setGCPercent
1226 func setGCPercent(in int32) (out int32) {
1227         // Run on the system stack since we grab the heap lock.
1228         systemstack(func() {
1229                 lock(&mheap_.lock)
1230                 out = gcController.setGCPercent(in)
1231                 gcPaceSweeper(gcController.trigger)
1232                 gcPaceScavenger(gcController.heapGoal, gcController.lastHeapGoal)
1233                 unlock(&mheap_.lock)
1234         })
1235
1236         // If we just disabled GC, wait for any concurrent GC mark to
1237         // finish so we always return with no GC running.
1238         if in < 0 {
1239                 gcWaitOnMark(atomic.Load(&work.cycles))
1240         }
1241
1242         return out
1243 }
1244
1245 func readGOGC() int32 {
1246         p := gogetenv("GOGC")
1247         if p == "off" {
1248                 return -1
1249         }
1250         if n, ok := atoi32(p); ok {
1251                 return n
1252         }
1253         return 100
1254 }
1255
1256 type piController struct {
1257         kp float64 // Proportional constant.
1258         ti float64 // Integral time constant.
1259         tt float64 // Reset time.
1260
1261         min, max float64 // Output boundaries.
1262
1263         // PI controller state.
1264
1265         errIntegral float64 // Integral of the error from t=0 to now.
1266 }
1267
1268 func (c *piController) next(input, setpoint, period float64) float64 {
1269         // Compute the raw output value.
1270         prop := c.kp * (setpoint - input)
1271         rawOutput := prop + c.errIntegral
1272
1273         // Clamp rawOutput into output.
1274         output := rawOutput
1275         if output < c.min {
1276                 output = c.min
1277         } else if output > c.max {
1278                 output = c.max
1279         }
1280
1281         // Update the controller's state.
1282         if c.ti != 0 && c.tt != 0 {
1283                 c.errIntegral += (c.kp*period/c.ti)*(setpoint-input) + (period/c.tt)*(output-rawOutput)
1284         }
1285         return output
1286 }