]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgcpacer.go
runtime: bias the pacer's cons/mark smoothing against noise
[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" // for go:linkname
12 )
13
14 const (
15         // gcGoalUtilization is the goal CPU utilization for
16         // marking as a fraction of GOMAXPROCS.
17         //
18         // Increasing the goal utilization will shorten GC cycles as the GC
19         // has more resources behind it, lessening costs from the write barrier,
20         // but comes at the cost of increasing mutator latency.
21         gcGoalUtilization = gcBackgroundUtilization
22
23         // gcBackgroundUtilization is the fixed CPU utilization for background
24         // marking. It must be <= gcGoalUtilization. The difference between
25         // gcGoalUtilization and gcBackgroundUtilization will be made up by
26         // mark assists. The scheduler will aim to use within 50% of this
27         // goal.
28         //
29         // As a general rule, there's little reason to set gcBackgroundUtilization
30         // < gcGoalUtilization. One reason might be in mostly idle applications,
31         // where goroutines are unlikely to assist at all, so the actual
32         // utilization will be lower than the goal. But this is moot point
33         // because the idle mark workers already soak up idle CPU resources.
34         // These two values are still kept separate however because they are
35         // distinct conceptually, and in previous iterations of the pacer the
36         // distinction was more important.
37         gcBackgroundUtilization = 0.25
38
39         // gcCreditSlack is the amount of scan work credit that can
40         // accumulate locally before updating gcController.heapScanWork and,
41         // optionally, gcController.bgScanCredit. Lower values give a more
42         // accurate assist ratio and make it more likely that assists will
43         // successfully steal background credit. Higher values reduce memory
44         // contention.
45         gcCreditSlack = 2000
46
47         // gcAssistTimeSlack is the nanoseconds of mutator assist time that
48         // can accumulate on a P before updating gcController.assistTime.
49         gcAssistTimeSlack = 5000
50
51         // gcOverAssistWork determines how many extra units of scan work a GC
52         // assist does when an assist happens. This amortizes the cost of an
53         // assist by pre-paying for this many bytes of future allocations.
54         gcOverAssistWork = 64 << 10
55
56         // defaultHeapMinimum is the value of heapMinimum for GOGC==100.
57         defaultHeapMinimum = (goexperiment.HeapMinimum512KiBInt)*(512<<10) +
58                 (1-goexperiment.HeapMinimum512KiBInt)*(4<<20)
59
60         // maxStackScanSlack is the bytes of stack space allocated or freed
61         // that can accumulate on a P before updating gcController.stackSize.
62         maxStackScanSlack = 8 << 10
63
64         // memoryLimitHeapGoalHeadroom is the amount of headroom the pacer gives to
65         // the heap goal when operating in the memory-limited regime. That is,
66         // it'll reduce the heap goal by this many extra bytes off of the base
67         // calculation.
68         memoryLimitHeapGoalHeadroom = 1 << 20
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 calculates the ratio between the allocation rate (in terms of CPU
76 // time) and the GC scan throughput to determine the heap size at which to
77 // trigger a GC cycle such that no GC assists are required to finish on time.
78 // This algorithm thus optimizes GC CPU utilization to the dedicated background
79 // mark utilization of 25% of GOMAXPROCS by minimizing GC assists.
80 // GOMAXPROCS. The high-level design of this algorithm is documented
81 // at https://github.com/golang/proposal/blob/master/design/44167-gc-pacer-redesign.md.
82 // See https://golang.org/s/go15gcpacing for additional historical context.
83 var gcController gcControllerState
84
85 type gcControllerState struct {
86         // Initialized from GOGC. GOGC=off means no GC.
87         gcPercent atomic.Int32
88
89         // memoryLimit is the soft memory limit in bytes.
90         //
91         // Initialized from GOMEMLIMIT. GOMEMLIMIT=off is equivalent to MaxInt64
92         // which means no soft memory limit in practice.
93         //
94         // This is an int64 instead of a uint64 to more easily maintain parity with
95         // the SetMemoryLimit API, which sets a maximum at MaxInt64. This value
96         // should never be negative.
97         memoryLimit atomic.Int64
98
99         // heapMinimum is the minimum heap size at which to trigger GC.
100         // For small heaps, this overrides the usual GOGC*live set rule.
101         //
102         // When there is a very small live set but a lot of allocation, simply
103         // collecting when the heap reaches GOGC*live results in many GC
104         // cycles and high total per-GC overhead. This minimum amortizes this
105         // per-GC overhead while keeping the heap reasonably small.
106         //
107         // During initialization this is set to 4MB*GOGC/100. In the case of
108         // GOGC==0, this will set heapMinimum to 0, resulting in constant
109         // collection even when the heap size is small, which is useful for
110         // debugging.
111         heapMinimum uint64
112
113         // runway is the amount of runway in heap bytes allocated by the
114         // application that we want to give the GC once it starts.
115         //
116         // This is computed from consMark during mark termination.
117         runway atomic.Uint64
118
119         // consMark is the estimated per-CPU consMark ratio for the application.
120         //
121         // It represents the ratio between the application's allocation
122         // rate, as bytes allocated per CPU-time, and the GC's scan rate,
123         // as bytes scanned per CPU-time.
124         // The units of this ratio are (B / cpu-ns) / (B / cpu-ns).
125         //
126         // At a high level, this value is computed as the bytes of memory
127         // allocated (cons) per unit of scan work completed (mark) in a GC
128         // cycle, divided by the CPU time spent on each activity.
129         //
130         // Updated at the end of each GC cycle, in endCycle.
131         consMark float64
132
133         // lastConsMark is the computed cons/mark value for the previous 4 GC
134         // cycles. Note that this is *not* the last value of consMark, but the
135         // measured cons/mark value in endCycle.
136         lastConsMark [4]float64
137
138         // gcPercentHeapGoal is the goal heapLive for when next GC ends derived
139         // from gcPercent.
140         //
141         // Set to ^uint64(0) if gcPercent is disabled.
142         gcPercentHeapGoal atomic.Uint64
143
144         // sweepDistMinTrigger is the minimum trigger to ensure a minimum
145         // sweep distance.
146         //
147         // This bound is also special because it applies to both the trigger
148         // *and* the goal (all other trigger bounds must be based *on* the goal).
149         //
150         // It is computed ahead of time, at commit time. The theory is that,
151         // absent a sudden change to a parameter like gcPercent, the trigger
152         // will be chosen to always give the sweeper enough headroom. However,
153         // such a change might dramatically and suddenly move up the trigger,
154         // in which case we need to ensure the sweeper still has enough headroom.
155         sweepDistMinTrigger atomic.Uint64
156
157         // triggered is the point at which the current GC cycle actually triggered.
158         // Only valid during the mark phase of a GC cycle, otherwise set to ^uint64(0).
159         //
160         // Updated while the world is stopped.
161         triggered uint64
162
163         // lastHeapGoal is the value of heapGoal at the moment the last GC
164         // ended. 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.totalAlloc-memstats.totalFree, since
173         // heapAlloc includes unmarked objects that have not yet been swept (and
174         // hence goes up as we allocate and down as we sweep) while heapLive
175         // excludes these objects (and hence only goes up between GCs).
176         //
177         // To reduce contention, this is updated only when obtaining a span
178         // from an mcentral and at this point it counts all of the unallocated
179         // slots in that span (which will be allocated before that mcache
180         // obtains another span from that mcentral). Hence, it slightly
181         // overestimates the "true" live heap size. It's better to overestimate
182         // than to underestimate because 1) this triggers the GC earlier than
183         // necessary rather than potentially too late and 2) this leads to a
184         // conservative GC rate rather than a GC rate that is potentially too
185         // low.
186         //
187         // Whenever this is updated, call traceHeapAlloc() and
188         // this gcControllerState's revise() method.
189         heapLive atomic.Uint64
190
191         // heapScan is the number of bytes of "scannable" heap. This is the
192         // live heap (as counted by heapLive), but omitting no-scan objects and
193         // no-scan tails of objects.
194         //
195         // This value is fixed at the start of a GC cycle. It represents the
196         // maximum scannable heap.
197         heapScan atomic.Uint64
198
199         // lastHeapScan is the number of bytes of heap that were scanned
200         // last GC cycle. It is the same as heapMarked, but only
201         // includes the "scannable" parts of objects.
202         //
203         // Updated when the world is stopped.
204         lastHeapScan uint64
205
206         // lastStackScan is the number of bytes of stack that were scanned
207         // last GC cycle.
208         lastStackScan atomic.Uint64
209
210         // maxStackScan is the amount of allocated goroutine stack space in
211         // use by goroutines.
212         //
213         // This number tracks allocated goroutine stack space rather than used
214         // goroutine stack space (i.e. what is actually scanned) because used
215         // goroutine stack space is much harder to measure cheaply. By using
216         // allocated space, we make an overestimate; this is OK, it's better
217         // to conservatively overcount than undercount.
218         maxStackScan atomic.Uint64
219
220         // globalsScan is the total amount of global variable space
221         // that is scannable.
222         globalsScan atomic.Uint64
223
224         // heapMarked is the number of bytes marked by the previous
225         // GC. After mark termination, heapLive == heapMarked, but
226         // unlike heapLive, heapMarked does not change until the
227         // next mark termination.
228         heapMarked uint64
229
230         // heapScanWork is the total heap scan work performed this cycle.
231         // stackScanWork is the total stack scan work performed this cycle.
232         // globalsScanWork is the total globals scan work performed this cycle.
233         //
234         // These are updated atomically during the cycle. Updates occur in
235         // bounded batches, since they are both written and read
236         // throughout the cycle. At the end of the cycle, heapScanWork is how
237         // much of the retained heap is scannable.
238         //
239         // Currently these are measured in bytes. For most uses, this is an
240         // opaque unit of work, but for estimation the definition is important.
241         //
242         // Note that stackScanWork includes only stack space scanned, not all
243         // of the allocated stack.
244         heapScanWork    atomic.Int64
245         stackScanWork   atomic.Int64
246         globalsScanWork atomic.Int64
247
248         // bgScanCredit is the scan work credit accumulated by the concurrent
249         // background scan. This credit is accumulated by the background scan
250         // and stolen by mutator assists.  Updates occur in bounded batches,
251         // since it is both written and read throughout the cycle.
252         bgScanCredit atomic.Int64
253
254         // assistTime is the nanoseconds spent in mutator assists
255         // during this cycle. This is updated atomically, and must also
256         // be updated atomically even during a STW, because it is read
257         // by sysmon. Updates occur in bounded batches, since it is both
258         // written and read throughout the cycle.
259         assistTime atomic.Int64
260
261         // dedicatedMarkTime is the nanoseconds spent in dedicated mark workers
262         // during this cycle. This is updated at the end of the concurrent mark
263         // phase.
264         dedicatedMarkTime atomic.Int64
265
266         // fractionalMarkTime is the nanoseconds spent in the fractional mark
267         // worker during this cycle. This is updated throughout the cycle and
268         // will be up-to-date if the fractional mark worker is not currently
269         // running.
270         fractionalMarkTime atomic.Int64
271
272         // idleMarkTime is the nanoseconds spent in idle marking during this
273         // cycle. This is updated throughout the cycle.
274         idleMarkTime atomic.Int64
275
276         // markStartTime is the absolute start time in nanoseconds
277         // that assists and background mark workers started.
278         markStartTime int64
279
280         // dedicatedMarkWorkersNeeded is the number of dedicated mark workers
281         // that need to be started. This is computed at the beginning of each
282         // cycle and decremented as dedicated mark workers get started.
283         dedicatedMarkWorkersNeeded atomic.Int64
284
285         // idleMarkWorkers is two packed int32 values in a single uint64.
286         // These two values are always updated simultaneously.
287         //
288         // The bottom int32 is the current number of idle mark workers executing.
289         //
290         // The top int32 is the maximum number of idle mark workers allowed to
291         // execute concurrently. Normally, this number is just gomaxprocs. However,
292         // during periodic GC cycles it is set to 0 because the system is idle
293         // anyway; there's no need to go full blast on all of GOMAXPROCS.
294         //
295         // The maximum number of idle mark workers is used to prevent new workers
296         // from starting, but it is not a hard maximum. It is possible (but
297         // exceedingly rare) for the current number of idle mark workers to
298         // transiently exceed the maximum. This could happen if the maximum changes
299         // just after a GC ends, and an M with no P.
300         //
301         // Note that if we have no dedicated mark workers, we set this value to
302         // 1 in this case we only have fractional GC workers which aren't scheduled
303         // strictly enough to ensure GC progress. As a result, idle-priority mark
304         // workers are vital to GC progress in these situations.
305         //
306         // For example, consider a situation in which goroutines block on the GC
307         // (such as via runtime.GOMAXPROCS) and only fractional mark workers are
308         // scheduled (e.g. GOMAXPROCS=1). Without idle-priority mark workers, the
309         // last running M might skip scheduling a fractional mark worker if its
310         // utilization goal is met, such that once it goes to sleep (because there's
311         // nothing to do), there will be nothing else to spin up a new M for the
312         // fractional worker in the future, stalling GC progress and causing a
313         // deadlock. However, idle-priority workers will *always* run when there is
314         // nothing left to do, ensuring the GC makes progress.
315         //
316         // See github.com/golang/go/issues/44163 for more details.
317         idleMarkWorkers atomic.Uint64
318
319         // assistWorkPerByte is the ratio of scan work to allocated
320         // bytes that should be performed by mutator assists. This is
321         // computed at the beginning of each cycle and updated every
322         // time heapScan is updated.
323         assistWorkPerByte atomic.Float64
324
325         // assistBytesPerWork is 1/assistWorkPerByte.
326         //
327         // Note that because this is read and written independently
328         // from assistWorkPerByte users may notice a skew between
329         // the two values, and such a state should be safe.
330         assistBytesPerWork atomic.Float64
331
332         // fractionalUtilizationGoal is the fraction of wall clock
333         // time that should be spent in the fractional mark worker on
334         // each P that isn't running a dedicated worker.
335         //
336         // For example, if the utilization goal is 25% and there are
337         // no dedicated workers, this will be 0.25. If the goal is
338         // 25%, there is one dedicated worker, and GOMAXPROCS is 5,
339         // this will be 0.05 to make up the missing 5%.
340         //
341         // If this is zero, no fractional workers are needed.
342         fractionalUtilizationGoal float64
343
344         // These memory stats are effectively duplicates of fields from
345         // memstats.heapStats but are updated atomically or with the world
346         // stopped and don't provide the same consistency guarantees.
347         //
348         // Because the runtime is responsible for managing a memory limit, it's
349         // useful to couple these stats more tightly to the gcController, which
350         // is intimately connected to how that memory limit is maintained.
351         heapInUse    sysMemStat    // bytes in mSpanInUse spans
352         heapReleased sysMemStat    // bytes released to the OS
353         heapFree     sysMemStat    // bytes not in any span, but not released to the OS
354         totalAlloc   atomic.Uint64 // total bytes allocated
355         totalFree    atomic.Uint64 // total bytes freed
356         mappedReady  atomic.Uint64 // total virtual memory in the Ready state (see mem.go).
357
358         // test indicates that this is a test-only copy of gcControllerState.
359         test bool
360
361         _ cpu.CacheLinePad
362 }
363
364 func (c *gcControllerState) init(gcPercent int32, memoryLimit int64) {
365         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum
366         c.triggered = ^uint64(0)
367         c.setGCPercent(gcPercent)
368         c.setMemoryLimit(memoryLimit)
369         c.commit(true) // No sweep phase in the first GC cycle.
370         // N.B. Don't bother calling traceHeapGoal. Tracing is never enabled at
371         // initialization time.
372         // N.B. No need to call revise; there's no GC enabled during
373         // initialization.
374 }
375
376 // startCycle resets the GC controller's state and computes estimates
377 // for a new GC cycle. The caller must hold worldsema and the world
378 // must be stopped.
379 func (c *gcControllerState) startCycle(markStartTime int64, procs int, trigger gcTrigger) {
380         c.heapScanWork.Store(0)
381         c.stackScanWork.Store(0)
382         c.globalsScanWork.Store(0)
383         c.bgScanCredit.Store(0)
384         c.assistTime.Store(0)
385         c.dedicatedMarkTime.Store(0)
386         c.fractionalMarkTime.Store(0)
387         c.idleMarkTime.Store(0)
388         c.markStartTime = markStartTime
389         c.triggered = c.heapLive.Load()
390
391         // Compute the background mark utilization goal. In general,
392         // this may not come out exactly. We round the number of
393         // dedicated workers so that the utilization is closest to
394         // 25%. For small GOMAXPROCS, this would introduce too much
395         // error, so we add fractional workers in that case.
396         totalUtilizationGoal := float64(procs) * gcBackgroundUtilization
397         dedicatedMarkWorkersNeeded := int64(totalUtilizationGoal + 0.5)
398         utilError := float64(dedicatedMarkWorkersNeeded)/totalUtilizationGoal - 1
399         const maxUtilError = 0.3
400         if utilError < -maxUtilError || utilError > maxUtilError {
401                 // Rounding put us more than 30% off our goal. With
402                 // gcBackgroundUtilization of 25%, this happens for
403                 // GOMAXPROCS<=3 or GOMAXPROCS=6. Enable fractional
404                 // workers to compensate.
405                 if float64(dedicatedMarkWorkersNeeded) > totalUtilizationGoal {
406                         // Too many dedicated workers.
407                         dedicatedMarkWorkersNeeded--
408                 }
409                 c.fractionalUtilizationGoal = (totalUtilizationGoal - float64(dedicatedMarkWorkersNeeded)) / float64(procs)
410         } else {
411                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
412         }
413
414         // In STW mode, we just want dedicated workers.
415         if debug.gcstoptheworld > 0 {
416                 dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(procs)
417                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
418         }
419
420         // Clear per-P state
421         for _, p := range allp {
422                 p.gcAssistTime = 0
423                 p.gcFractionalMarkTime = 0
424         }
425
426         if trigger.kind == gcTriggerTime {
427                 // During a periodic GC cycle, reduce the number of idle mark workers
428                 // required. However, we need at least one dedicated mark worker or
429                 // idle GC worker to ensure GC progress in some scenarios (see comment
430                 // on maxIdleMarkWorkers).
431                 if dedicatedMarkWorkersNeeded > 0 {
432                         c.setMaxIdleMarkWorkers(0)
433                 } else {
434                         // TODO(mknyszek): The fundamental reason why we need this is because
435                         // we can't count on the fractional mark worker to get scheduled.
436                         // Fix that by ensuring it gets scheduled according to its quota even
437                         // if the rest of the application is idle.
438                         c.setMaxIdleMarkWorkers(1)
439                 }
440         } else {
441                 // N.B. gomaxprocs and dedicatedMarkWorkersNeeded are guaranteed not to
442                 // change during a GC cycle.
443                 c.setMaxIdleMarkWorkers(int32(procs) - int32(dedicatedMarkWorkersNeeded))
444         }
445
446         // Compute initial values for controls that are updated
447         // throughout the cycle.
448         c.dedicatedMarkWorkersNeeded.Store(dedicatedMarkWorkersNeeded)
449         c.revise()
450
451         if debug.gcpacertrace > 0 {
452                 heapGoal := c.heapGoal()
453                 assistRatio := c.assistWorkPerByte.Load()
454                 print("pacer: assist ratio=", assistRatio,
455                         " (scan ", gcController.heapScan.Load()>>20, " MB in ",
456                         work.initialHeapLive>>20, "->",
457                         heapGoal>>20, " MB)",
458                         " workers=", dedicatedMarkWorkersNeeded,
459                         "+", c.fractionalUtilizationGoal, "\n")
460         }
461 }
462
463 // revise updates the assist ratio during the GC cycle to account for
464 // improved estimates. This should be called whenever gcController.heapScan,
465 // gcController.heapLive, or if any inputs to gcController.heapGoal are
466 // updated. It is safe to call concurrently, but it may race with other
467 // calls to revise.
468 //
469 // The result of this race is that the two assist ratio values may not line
470 // up or may be stale. In practice this is OK because the assist ratio
471 // moves slowly throughout a GC cycle, and the assist ratio is a best-effort
472 // heuristic anyway. Furthermore, no part of the heuristic depends on
473 // the two assist ratio values being exact reciprocals of one another, since
474 // the two values are used to convert values from different sources.
475 //
476 // The worst case result of this raciness is that we may miss a larger shift
477 // in the ratio (say, if we decide to pace more aggressively against the
478 // hard heap goal) but even this "hard goal" is best-effort (see #40460).
479 // The dedicated GC should ensure we don't exceed the hard goal by too much
480 // in the rare case we do exceed it.
481 //
482 // It should only be called when gcBlackenEnabled != 0 (because this
483 // is when assists are enabled and the necessary statistics are
484 // available).
485 func (c *gcControllerState) revise() {
486         gcPercent := c.gcPercent.Load()
487         if gcPercent < 0 {
488                 // If GC is disabled but we're running a forced GC,
489                 // act like GOGC is huge for the below calculations.
490                 gcPercent = 100000
491         }
492         live := c.heapLive.Load()
493         scan := c.heapScan.Load()
494         work := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
495
496         // Assume we're under the soft goal. Pace GC to complete at
497         // heapGoal assuming the heap is in steady-state.
498         heapGoal := int64(c.heapGoal())
499
500         // The expected scan work is computed as the amount of bytes scanned last
501         // GC cycle (both heap and stack), plus our estimate of globals work for this cycle.
502         scanWorkExpected := int64(c.lastHeapScan + c.lastStackScan.Load() + c.globalsScan.Load())
503
504         // maxScanWork is a worst-case estimate of the amount of scan work that
505         // needs to be performed in this GC cycle. Specifically, it represents
506         // the case where *all* scannable memory turns out to be live, and
507         // *all* allocated stack space is scannable.
508         maxStackScan := c.maxStackScan.Load()
509         maxScanWork := int64(scan + maxStackScan + c.globalsScan.Load())
510         if work > scanWorkExpected {
511                 // We've already done more scan work than expected. Because our expectation
512                 // is based on a steady-state scannable heap size, we assume this means our
513                 // heap is growing. Compute a new heap goal that takes our existing runway
514                 // computed for scanWorkExpected and extrapolates it to maxScanWork, the worst-case
515                 // scan work. This keeps our assist ratio stable if the heap continues to grow.
516                 //
517                 // The effect of this mechanism is that assists stay flat in the face of heap
518                 // growths. It's OK to use more memory this cycle to scan all the live heap,
519                 // because the next GC cycle is inevitably going to use *at least* that much
520                 // memory anyway.
521                 extHeapGoal := int64(float64(heapGoal-int64(c.triggered))/float64(scanWorkExpected)*float64(maxScanWork)) + int64(c.triggered)
522                 scanWorkExpected = maxScanWork
523
524                 // hardGoal is a hard limit on the amount that we're willing to push back the
525                 // heap goal, and that's twice the heap goal (i.e. if GOGC=100 and the heap and/or
526                 // stacks and/or globals grow to twice their size, this limits the current GC cycle's
527                 // growth to 4x the original live heap's size).
528                 //
529                 // This maintains the invariant that we use no more memory than the next GC cycle
530                 // will anyway.
531                 hardGoal := int64((1.0 + float64(gcPercent)/100.0) * float64(heapGoal))
532                 if extHeapGoal > hardGoal {
533                         extHeapGoal = hardGoal
534                 }
535                 heapGoal = extHeapGoal
536         }
537         if int64(live) > heapGoal {
538                 // We're already past our heap goal, even the extrapolated one.
539                 // Leave ourselves some extra runway, so in the worst case we
540                 // finish by that point.
541                 const maxOvershoot = 1.1
542                 heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
543
544                 // Compute the upper bound on the scan work remaining.
545                 scanWorkExpected = maxScanWork
546         }
547
548         // Compute the remaining scan work estimate.
549         //
550         // Note that we currently count allocations during GC as both
551         // scannable heap (heapScan) and scan work completed
552         // (scanWork), so allocation will change this difference
553         // slowly in the soft regime and not at all in the hard
554         // regime.
555         scanWorkRemaining := scanWorkExpected - work
556         if scanWorkRemaining < 1000 {
557                 // We set a somewhat arbitrary lower bound on
558                 // remaining scan work since if we aim a little high,
559                 // we can miss by a little.
560                 //
561                 // We *do* need to enforce that this is at least 1,
562                 // since marking is racy and double-scanning objects
563                 // may legitimately make the remaining scan work
564                 // negative, even in the hard goal regime.
565                 scanWorkRemaining = 1000
566         }
567
568         // Compute the heap distance remaining.
569         heapRemaining := heapGoal - int64(live)
570         if heapRemaining <= 0 {
571                 // This shouldn't happen, but if it does, avoid
572                 // dividing by zero or setting the assist negative.
573                 heapRemaining = 1
574         }
575
576         // Compute the mutator assist ratio so by the time the mutator
577         // allocates the remaining heap bytes up to heapGoal, it will
578         // have done (or stolen) the remaining amount of scan work.
579         // Note that the assist ratio values are updated atomically
580         // but not together. This means there may be some degree of
581         // skew between the two values. This is generally OK as the
582         // values shift relatively slowly over the course of a GC
583         // cycle.
584         assistWorkPerByte := float64(scanWorkRemaining) / float64(heapRemaining)
585         assistBytesPerWork := float64(heapRemaining) / float64(scanWorkRemaining)
586         c.assistWorkPerByte.Store(assistWorkPerByte)
587         c.assistBytesPerWork.Store(assistBytesPerWork)
588 }
589
590 // endCycle computes the consMark estimate for the next cycle.
591 // userForced indicates whether the current GC cycle was forced
592 // by the application.
593 func (c *gcControllerState) endCycle(now int64, procs int, userForced bool) {
594         // Record last heap goal for the scavenger.
595         // We'll be updating the heap goal soon.
596         gcController.lastHeapGoal = c.heapGoal()
597
598         // Compute the duration of time for which assists were turned on.
599         assistDuration := now - c.markStartTime
600
601         // Assume background mark hit its utilization goal.
602         utilization := gcBackgroundUtilization
603         // Add assist utilization; avoid divide by zero.
604         if assistDuration > 0 {
605                 utilization += float64(c.assistTime.Load()) / float64(assistDuration*int64(procs))
606         }
607
608         if c.heapLive.Load() <= c.triggered {
609                 // Shouldn't happen, but let's be very safe about this in case the
610                 // GC is somehow extremely short.
611                 //
612                 // In this case though, the only reasonable value for c.heapLive-c.triggered
613                 // would be 0, which isn't really all that useful, i.e. the GC was so short
614                 // that it didn't matter.
615                 //
616                 // Ignore this case and don't update anything.
617                 return
618         }
619         idleUtilization := 0.0
620         if assistDuration > 0 {
621                 idleUtilization = float64(c.idleMarkTime.Load()) / float64(assistDuration*int64(procs))
622         }
623         // Determine the cons/mark ratio.
624         //
625         // The units we want for the numerator and denominator are both B / cpu-ns.
626         // We get this by taking the bytes allocated or scanned, and divide by the amount of
627         // CPU time it took for those operations. For allocations, that CPU time is
628         //
629         //    assistDuration * procs * (1 - utilization)
630         //
631         // Where utilization includes just background GC workers and assists. It does *not*
632         // include idle GC work time, because in theory the mutator is free to take that at
633         // any point.
634         //
635         // For scanning, that CPU time is
636         //
637         //    assistDuration * procs * (utilization + idleUtilization)
638         //
639         // In this case, we *include* idle utilization, because that is additional CPU time that
640         // the GC had available to it.
641         //
642         // In effect, idle GC time is sort of double-counted here, but it's very weird compared
643         // to other kinds of GC work, because of how fluid it is. Namely, because the mutator is
644         // *always* free to take it.
645         //
646         // So this calculation is really:
647         //     (heapLive-trigger) / (assistDuration * procs * (1-utilization)) /
648         //         (scanWork) / (assistDuration * procs * (utilization+idleUtilization))
649         //
650         // Note that because we only care about the ratio, assistDuration and procs cancel out.
651         scanWork := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
652         currentConsMark := (float64(c.heapLive.Load()-c.triggered) * (utilization + idleUtilization)) /
653                 (float64(scanWork) * (1 - utilization))
654
655         // Update our cons/mark estimate. This is the maximum of the value we just computed and the last
656         // 4 cons/mark values we measured. The reason we take the maximum here is to bias a noisy
657         // cons/mark measurement toward fewer assists at the expense of additional GC cycles (starting
658         // earlier).
659         oldConsMark := c.consMark
660         c.consMark = currentConsMark
661         for i := range c.lastConsMark {
662                 if c.lastConsMark[i] > c.consMark {
663                         c.consMark = c.lastConsMark[i]
664                 }
665         }
666         copy(c.lastConsMark[:], c.lastConsMark[1:])
667         c.lastConsMark[len(c.lastConsMark)-1] = currentConsMark
668
669         if debug.gcpacertrace > 0 {
670                 printlock()
671                 goal := gcGoalUtilization * 100
672                 print("pacer: ", int(utilization*100), "% CPU (", int(goal), " exp.) for ")
673                 print(c.heapScanWork.Load(), "+", c.stackScanWork.Load(), "+", c.globalsScanWork.Load(), " B work (", c.lastHeapScan+c.lastStackScan.Load()+c.globalsScan.Load(), " B exp.) ")
674                 live := c.heapLive.Load()
675                 print("in ", c.triggered, " B -> ", live, " B (∆goal ", int64(live)-int64(c.lastHeapGoal), ", cons/mark ", oldConsMark, ")")
676                 println()
677                 printunlock()
678         }
679 }
680
681 // enlistWorker encourages another dedicated mark worker to start on
682 // another P if there are spare worker slots. It is used by putfull
683 // when more work is made available.
684 //
685 //go:nowritebarrier
686 func (c *gcControllerState) enlistWorker() {
687         // If there are idle Ps, wake one so it will run an idle worker.
688         // NOTE: This is suspected of causing deadlocks. See golang.org/issue/19112.
689         //
690         //      if sched.npidle.Load() != 0 && sched.nmspinning.Load() == 0 {
691         //              wakep()
692         //              return
693         //      }
694
695         // There are no idle Ps. If we need more dedicated workers,
696         // try to preempt a running P so it will switch to a worker.
697         if c.dedicatedMarkWorkersNeeded.Load() <= 0 {
698                 return
699         }
700         // Pick a random other P to preempt.
701         if gomaxprocs <= 1 {
702                 return
703         }
704         gp := getg()
705         if gp == nil || gp.m == nil || gp.m.p == 0 {
706                 return
707         }
708         myID := gp.m.p.ptr().id
709         for tries := 0; tries < 5; tries++ {
710                 id := int32(fastrandn(uint32(gomaxprocs - 1)))
711                 if id >= myID {
712                         id++
713                 }
714                 p := allp[id]
715                 if p.status != _Prunning {
716                         continue
717                 }
718                 if preemptone(p) {
719                         return
720                 }
721         }
722 }
723
724 // findRunnableGCWorker returns a background mark worker for pp if it
725 // should be run. This must only be called when gcBlackenEnabled != 0.
726 func (c *gcControllerState) findRunnableGCWorker(pp *p, now int64) (*g, int64) {
727         if gcBlackenEnabled == 0 {
728                 throw("gcControllerState.findRunnable: blackening not enabled")
729         }
730
731         // Since we have the current time, check if the GC CPU limiter
732         // hasn't had an update in a while. This check is necessary in
733         // case the limiter is on but hasn't been checked in a while and
734         // so may have left sufficient headroom to turn off again.
735         if now == 0 {
736                 now = nanotime()
737         }
738         if gcCPULimiter.needUpdate(now) {
739                 gcCPULimiter.update(now)
740         }
741
742         if !gcMarkWorkAvailable(pp) {
743                 // No work to be done right now. This can happen at
744                 // the end of the mark phase when there are still
745                 // assists tapering off. Don't bother running a worker
746                 // now because it'll just return immediately.
747                 return nil, now
748         }
749
750         // Grab a worker before we commit to running below.
751         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(gcBgMarkWorkerPool.pop())
752         if node == nil {
753                 // There is at least one worker per P, so normally there are
754                 // enough workers to run on all Ps, if necessary. However, once
755                 // a worker enters gcMarkDone it may park without rejoining the
756                 // pool, thus freeing a P with no corresponding worker.
757                 // gcMarkDone never depends on another worker doing work, so it
758                 // is safe to simply do nothing here.
759                 //
760                 // If gcMarkDone bails out without completing the mark phase,
761                 // it will always do so with queued global work. Thus, that P
762                 // will be immediately eligible to re-run the worker G it was
763                 // just using, ensuring work can complete.
764                 return nil, now
765         }
766
767         decIfPositive := func(val *atomic.Int64) bool {
768                 for {
769                         v := val.Load()
770                         if v <= 0 {
771                                 return false
772                         }
773
774                         if val.CompareAndSwap(v, v-1) {
775                                 return true
776                         }
777                 }
778         }
779
780         if decIfPositive(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded) {
781                 // This P is now dedicated to marking until the end of
782                 // the concurrent mark phase.
783                 pp.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerDedicatedMode
784         } else if c.fractionalUtilizationGoal == 0 {
785                 // No need for fractional workers.
786                 gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
787                 return nil, now
788         } else {
789                 // Is this P behind on the fractional utilization
790                 // goal?
791                 //
792                 // This should be kept in sync with pollFractionalWorkerExit.
793                 delta := now - c.markStartTime
794                 if delta > 0 && float64(pp.gcFractionalMarkTime)/float64(delta) > c.fractionalUtilizationGoal {
795                         // Nope. No need to run a fractional worker.
796                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
797                         return nil, now
798                 }
799                 // Run a fractional worker.
800                 pp.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerFractionalMode
801         }
802
803         // Run the background mark worker.
804         gp := node.gp.ptr()
805         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
806         if trace.enabled {
807                 traceGoUnpark(gp, 0)
808         }
809         return gp, now
810 }
811
812 // resetLive sets up the controller state for the next mark phase after the end
813 // of the previous one. Must be called after endCycle and before commit, before
814 // the world is started.
815 //
816 // The world must be stopped.
817 func (c *gcControllerState) resetLive(bytesMarked uint64) {
818         c.heapMarked = bytesMarked
819         c.heapLive.Store(bytesMarked)
820         c.heapScan.Store(uint64(c.heapScanWork.Load()))
821         c.lastHeapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
822         c.lastStackScan.Store(uint64(c.stackScanWork.Load()))
823         c.triggered = ^uint64(0) // Reset triggered.
824
825         // heapLive was updated, so emit a trace event.
826         if trace.enabled {
827                 traceHeapAlloc(bytesMarked)
828         }
829 }
830
831 // markWorkerStop must be called whenever a mark worker stops executing.
832 //
833 // It updates mark work accounting in the controller by a duration of
834 // work in nanoseconds and other bookkeeping.
835 //
836 // Safe to execute at any time.
837 func (c *gcControllerState) markWorkerStop(mode gcMarkWorkerMode, duration int64) {
838         switch mode {
839         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
840                 c.dedicatedMarkTime.Add(duration)
841                 c.dedicatedMarkWorkersNeeded.Add(1)
842         case gcMarkWorkerFractionalMode:
843                 c.fractionalMarkTime.Add(duration)
844         case gcMarkWorkerIdleMode:
845                 c.idleMarkTime.Add(duration)
846                 c.removeIdleMarkWorker()
847         default:
848                 throw("markWorkerStop: unknown mark worker mode")
849         }
850 }
851
852 func (c *gcControllerState) update(dHeapLive, dHeapScan int64) {
853         if dHeapLive != 0 {
854                 live := gcController.heapLive.Add(dHeapLive)
855                 if trace.enabled {
856                         // gcController.heapLive changed.
857                         traceHeapAlloc(live)
858                 }
859         }
860         if gcBlackenEnabled == 0 {
861                 // Update heapScan when we're not in a current GC. It is fixed
862                 // at the beginning of a cycle.
863                 if dHeapScan != 0 {
864                         gcController.heapScan.Add(dHeapScan)
865                 }
866         } else {
867                 // gcController.heapLive changed.
868                 c.revise()
869         }
870 }
871
872 func (c *gcControllerState) addScannableStack(pp *p, amount int64) {
873         if pp == nil {
874                 c.maxStackScan.Add(amount)
875                 return
876         }
877         pp.maxStackScanDelta += amount
878         if pp.maxStackScanDelta >= maxStackScanSlack || pp.maxStackScanDelta <= -maxStackScanSlack {
879                 c.maxStackScan.Add(pp.maxStackScanDelta)
880                 pp.maxStackScanDelta = 0
881         }
882 }
883
884 func (c *gcControllerState) addGlobals(amount int64) {
885         c.globalsScan.Add(amount)
886 }
887
888 // heapGoal returns the current heap goal.
889 func (c *gcControllerState) heapGoal() uint64 {
890         goal, _ := c.heapGoalInternal()
891         return goal
892 }
893
894 // heapGoalInternal is the implementation of heapGoal which returns additional
895 // information that is necessary for computing the trigger.
896 //
897 // The returned minTrigger is always <= goal.
898 func (c *gcControllerState) heapGoalInternal() (goal, minTrigger uint64) {
899         // Start with the goal calculated for gcPercent.
900         goal = c.gcPercentHeapGoal.Load()
901
902         // Check if the memory-limit-based goal is smaller, and if so, pick that.
903         if newGoal := c.memoryLimitHeapGoal(); newGoal < goal {
904                 goal = newGoal
905         } else {
906                 // We're not limited by the memory limit goal, so perform a series of
907                 // adjustments that might move the goal forward in a variety of circumstances.
908
909                 sweepDistTrigger := c.sweepDistMinTrigger.Load()
910                 if sweepDistTrigger > goal {
911                         // Set the goal to maintain a minimum sweep distance since
912                         // the last call to commit. Note that we never want to do this
913                         // if we're in the memory limit regime, because it could push
914                         // the goal up.
915                         goal = sweepDistTrigger
916                 }
917                 // Since we ignore the sweep distance trigger in the memory
918                 // limit regime, we need to ensure we don't propagate it to
919                 // the trigger, because it could cause a violation of the
920                 // invariant that the trigger < goal.
921                 minTrigger = sweepDistTrigger
922
923                 // Ensure that the heap goal is at least a little larger than
924                 // the point at which we triggered. This may not be the case if GC
925                 // start is delayed or if the allocation that pushed gcController.heapLive
926                 // over trigger is large or if the trigger is really close to
927                 // GOGC. Assist is proportional to this distance, so enforce a
928                 // minimum distance, even if it means going over the GOGC goal
929                 // by a tiny bit.
930                 //
931                 // Ignore this if we're in the memory limit regime: we'd prefer to
932                 // have the GC respond hard about how close we are to the goal than to
933                 // push the goal back in such a manner that it could cause us to exceed
934                 // the memory limit.
935                 const minRunway = 64 << 10
936                 if c.triggered != ^uint64(0) && goal < c.triggered+minRunway {
937                         goal = c.triggered + minRunway
938                 }
939         }
940         return
941 }
942
943 // memoryLimitHeapGoal returns a heap goal derived from memoryLimit.
944 func (c *gcControllerState) memoryLimitHeapGoal() uint64 {
945         // Start by pulling out some values we'll need. Be careful about overflow.
946         var heapFree, heapAlloc, mappedReady uint64
947         for {
948                 heapFree = c.heapFree.load()                         // Free and unscavenged memory.
949                 heapAlloc = c.totalAlloc.Load() - c.totalFree.Load() // Heap object bytes in use.
950                 mappedReady = c.mappedReady.Load()                   // Total unreleased mapped memory.
951                 if heapFree+heapAlloc <= mappedReady {
952                         break
953                 }
954                 // It is impossible for total unreleased mapped memory to exceed heap memory, but
955                 // because these stats are updated independently, we may observe a partial update
956                 // including only some values. Thus, we appear to break the invariant. However,
957                 // this condition is necessarily transient, so just try again. In the case of a
958                 // persistent accounting error, we'll deadlock here.
959         }
960
961         // Below we compute a goal from memoryLimit. There are a few things to be aware of.
962         // Firstly, the memoryLimit does not easily compare to the heap goal: the former
963         // is total mapped memory by the runtime that hasn't been released, while the latter is
964         // only heap object memory. Intuitively, the way we convert from one to the other is to
965         // subtract everything from memoryLimit that both contributes to the memory limit (so,
966         // ignore scavenged memory) and doesn't contain heap objects. This isn't quite what
967         // lines up with reality, but it's a good starting point.
968         //
969         // In practice this computation looks like the following:
970         //
971         //    memoryLimit - ((mappedReady - heapFree - heapAlloc) + max(mappedReady - memoryLimit, 0)) - memoryLimitHeapGoalHeadroom
972         //                    ^1                                    ^2                                   ^3
973         //
974         // Let's break this down.
975         //
976         // The first term (marker 1) is everything that contributes to the memory limit and isn't
977         // or couldn't become heap objects. It represents, broadly speaking, non-heap overheads.
978         // One oddity you may have noticed is that we also subtract out heapFree, i.e. unscavenged
979         // memory that may contain heap objects in the future.
980         //
981         // Let's take a step back. In an ideal world, this term would look something like just
982         // the heap goal. That is, we "reserve" enough space for the heap to grow to the heap
983         // goal, and subtract out everything else. This is of course impossible; the definition
984         // is circular! However, this impossible definition contains a key insight: the amount
985         // we're *going* to use matters just as much as whatever we're currently using.
986         //
987         // Consider if the heap shrinks to 1/10th its size, leaving behind lots of free and
988         // unscavenged memory. mappedReady - heapAlloc will be quite large, because of that free
989         // and unscavenged memory, pushing the goal down significantly.
990         //
991         // heapFree is also safe to exclude from the memory limit because in the steady-state, it's
992         // just a pool of memory for future heap allocations, and making new allocations from heapFree
993         // memory doesn't increase overall memory use. In transient states, the scavenger and the
994         // allocator actively manage the pool of heapFree memory to maintain the memory limit.
995         //
996         // The second term (marker 2) is the amount of memory we've exceeded the limit by, and is
997         // intended to help recover from such a situation. By pushing the heap goal down, we also
998         // push the trigger down, triggering and finishing a GC sooner in order to make room for
999         // other memory sources. Note that since we're effectively reducing the heap goal by X bytes,
1000         // we're actually giving more than X bytes of headroom back, because the heap goal is in
1001         // terms of heap objects, but it takes more than X bytes (e.g. due to fragmentation) to store
1002         // X bytes worth of objects.
1003         //
1004         // The third term (marker 3) subtracts an additional memoryLimitHeapGoalHeadroom bytes from the
1005         // heap goal. As the name implies, this is to provide additional headroom in the face of pacing
1006         // inaccuracies. This is a fixed number of bytes because these inaccuracies disproportionately
1007         // affect small heaps: as heaps get smaller, the pacer's inputs get fuzzier. Shorter GC cycles
1008         // and less GC work means noisy external factors like the OS scheduler have a greater impact.
1009
1010         memoryLimit := uint64(c.memoryLimit.Load())
1011
1012         // Compute term 1.
1013         nonHeapMemory := mappedReady - heapFree - heapAlloc
1014
1015         // Compute term 2.
1016         var overage uint64
1017         if mappedReady > memoryLimit {
1018                 overage = mappedReady - memoryLimit
1019         }
1020
1021         if nonHeapMemory+overage >= memoryLimit {
1022                 // We're at a point where non-heap memory exceeds the memory limit on its own.
1023                 // There's honestly not much we can do here but just trigger GCs continuously
1024                 // and let the CPU limiter reign that in. Something has to give at this point.
1025                 // Set it to heapMarked, the lowest possible goal.
1026                 return c.heapMarked
1027         }
1028
1029         // Compute the goal.
1030         goal := memoryLimit - (nonHeapMemory + overage)
1031
1032         // Apply some headroom to the goal to account for pacing inaccuracies.
1033         // Be careful about small limits.
1034         if goal < memoryLimitHeapGoalHeadroom || goal-memoryLimitHeapGoalHeadroom < memoryLimitHeapGoalHeadroom {
1035                 goal = memoryLimitHeapGoalHeadroom
1036         } else {
1037                 goal = goal - memoryLimitHeapGoalHeadroom
1038         }
1039         // Don't let us go below the live heap. A heap goal below the live heap doesn't make sense.
1040         if goal < c.heapMarked {
1041                 goal = c.heapMarked
1042         }
1043         return goal
1044 }
1045
1046 const (
1047         // These constants determine the bounds on the GC trigger as a fraction
1048         // of heap bytes allocated between the start of a GC (heapLive == heapMarked)
1049         // and the end of a GC (heapLive == heapGoal).
1050         //
1051         // The constants are obscured in this way for efficiency. The denominator
1052         // of the fraction is always a power-of-two for a quick division, so that
1053         // the numerator is a single constant integer multiplication.
1054         triggerRatioDen = 64
1055
1056         // The minimum trigger constant was chosen empirically: given a sufficiently
1057         // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
1058         // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
1059         // RSS compared to not having this allocator.
1060         minTriggerRatioNum = 45 // ~0.7
1061
1062         // The maximum trigger constant is chosen somewhat arbitrarily, but the
1063         // current constant has served us well over the years.
1064         maxTriggerRatioNum = 61 // ~0.95
1065 )
1066
1067 // trigger returns the current point at which a GC should trigger along with
1068 // the heap goal.
1069 //
1070 // The returned value may be compared against heapLive to determine whether
1071 // the GC should trigger. Thus, the GC trigger condition should be (but may
1072 // not be, in the case of small movements for efficiency) checked whenever
1073 // the heap goal may change.
1074 func (c *gcControllerState) trigger() (uint64, uint64) {
1075         goal, minTrigger := c.heapGoalInternal()
1076
1077         // Invariant: the trigger must always be less than the heap goal.
1078         //
1079         // Note that the memory limit sets a hard maximum on our heap goal,
1080         // but the live heap may grow beyond it.
1081
1082         if c.heapMarked >= goal {
1083                 // The goal should never be smaller than heapMarked, but let's be
1084                 // defensive about it. The only reasonable trigger here is one that
1085                 // causes a continuous GC cycle at heapMarked, but respect the goal
1086                 // if it came out as smaller than that.
1087                 return goal, goal
1088         }
1089
1090         // Below this point, c.heapMarked < goal.
1091
1092         // heapMarked is our absolute minimum, and it's possible the trigger
1093         // bound we get from heapGoalinternal is less than that.
1094         if minTrigger < c.heapMarked {
1095                 minTrigger = c.heapMarked
1096         }
1097
1098         // If we let the trigger go too low, then if the application
1099         // is allocating very rapidly we might end up in a situation
1100         // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
1101         // The result of this is a growing heap and ultimately an
1102         // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
1103         // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
1104         // this growth in RSS.
1105         triggerLowerBound := uint64(((goal-c.heapMarked)/triggerRatioDen)*minTriggerRatioNum) + c.heapMarked
1106         if minTrigger < triggerLowerBound {
1107                 minTrigger = triggerLowerBound
1108         }
1109
1110         // For small heaps, set the max trigger point at maxTriggerRatio of the way
1111         // from the live heap to the heap goal. This ensures we always have *some*
1112         // headroom when the GC actually starts. For larger heaps, set the max trigger
1113         // point at the goal, minus the minimum heap size.
1114         //
1115         // This choice follows from the fact that the minimum heap size is chosen
1116         // to reflect the costs of a GC with no work to do. With a large heap but
1117         // very little scan work to perform, this gives us exactly as much runway
1118         // as we would need, in the worst case.
1119         maxTrigger := uint64(((goal-c.heapMarked)/triggerRatioDen)*maxTriggerRatioNum) + c.heapMarked
1120         if goal > defaultHeapMinimum && goal-defaultHeapMinimum > maxTrigger {
1121                 maxTrigger = goal - defaultHeapMinimum
1122         }
1123         if maxTrigger < minTrigger {
1124                 maxTrigger = minTrigger
1125         }
1126
1127         // Compute the trigger from our bounds and the runway stored by commit.
1128         var trigger uint64
1129         runway := c.runway.Load()
1130         if runway > goal {
1131                 trigger = minTrigger
1132         } else {
1133                 trigger = goal - runway
1134         }
1135         if trigger < minTrigger {
1136                 trigger = minTrigger
1137         }
1138         if trigger > maxTrigger {
1139                 trigger = maxTrigger
1140         }
1141         if trigger > goal {
1142                 print("trigger=", trigger, " heapGoal=", goal, "\n")
1143                 print("minTrigger=", minTrigger, " maxTrigger=", maxTrigger, "\n")
1144                 throw("produced a trigger greater than the heap goal")
1145         }
1146         return trigger, goal
1147 }
1148
1149 // commit recomputes all pacing parameters needed to derive the
1150 // trigger and the heap goal. Namely, the gcPercent-based heap goal,
1151 // and the amount of runway we want to give the GC this cycle.
1152 //
1153 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
1154 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
1155 //
1156 // isSweepDone should be the result of calling isSweepDone(),
1157 // unless we're testing or we know we're executing during a GC cycle.
1158 //
1159 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
1160 // gcController.heapLive. These must be up to date.
1161 //
1162 // Callers must call gcControllerState.revise after calling this
1163 // function if the GC is enabled.
1164 //
1165 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
1166 func (c *gcControllerState) commit(isSweepDone bool) {
1167         if !c.test {
1168                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1169         }
1170
1171         if isSweepDone {
1172                 // The sweep is done, so there aren't any restrictions on the trigger
1173                 // we need to think about.
1174                 c.sweepDistMinTrigger.Store(0)
1175         } else {
1176                 // Concurrent sweep happens in the heap growth
1177                 // from gcController.heapLive to trigger. Make sure we
1178                 // give the sweeper some runway if it doesn't have enough.
1179                 c.sweepDistMinTrigger.Store(c.heapLive.Load() + sweepMinHeapDistance)
1180         }
1181
1182         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
1183         // has grown by GOGC/100 over where it started the last cycle,
1184         // plus additional runway for non-heap sources of GC work.
1185         gcPercentHeapGoal := ^uint64(0)
1186         if gcPercent := c.gcPercent.Load(); gcPercent >= 0 {
1187                 gcPercentHeapGoal = c.heapMarked + (c.heapMarked+c.lastStackScan.Load()+c.globalsScan.Load())*uint64(gcPercent)/100
1188         }
1189         // Apply the minimum heap size here. It's defined in terms of gcPercent
1190         // and is only updated by functions that call commit.
1191         if gcPercentHeapGoal < c.heapMinimum {
1192                 gcPercentHeapGoal = c.heapMinimum
1193         }
1194         c.gcPercentHeapGoal.Store(gcPercentHeapGoal)
1195
1196         // Compute the amount of runway we want the GC to have by using our
1197         // estimate of the cons/mark ratio.
1198         //
1199         // The idea is to take our expected scan work, and multiply it by
1200         // the cons/mark ratio to determine how long it'll take to complete
1201         // that scan work in terms of bytes allocated. This gives us our GC's
1202         // runway.
1203         //
1204         // However, the cons/mark ratio is a ratio of rates per CPU-second, but
1205         // here we care about the relative rates for some division of CPU
1206         // resources among the mutator and the GC.
1207         //
1208         // To summarize, we have B / cpu-ns, and we want B / ns. We get that
1209         // by multiplying by our desired division of CPU resources. We choose
1210         // to express CPU resources as GOMAPROCS*fraction. Note that because
1211         // we're working with a ratio here, we can omit the number of CPU cores,
1212         // because they'll appear in the numerator and denominator and cancel out.
1213         // As a result, this is basically just "weighing" the cons/mark ratio by
1214         // our desired division of resources.
1215         //
1216         // Furthermore, by setting the runway so that CPU resources are divided
1217         // this way, assuming that the cons/mark ratio is correct, we make that
1218         // division a reality.
1219         c.runway.Store(uint64((c.consMark * (1 - gcGoalUtilization) / (gcGoalUtilization)) * float64(c.lastHeapScan+c.lastStackScan.Load()+c.globalsScan.Load())))
1220 }
1221
1222 // setGCPercent updates gcPercent. commit must be called after.
1223 // Returns the old value of gcPercent.
1224 //
1225 // The world must be stopped, or mheap_.lock must be held.
1226 func (c *gcControllerState) setGCPercent(in int32) int32 {
1227         if !c.test {
1228                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1229         }
1230
1231         out := c.gcPercent.Load()
1232         if in < 0 {
1233                 in = -1
1234         }
1235         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum * uint64(in) / 100
1236         c.gcPercent.Store(in)
1237
1238         return out
1239 }
1240
1241 //go:linkname setGCPercent runtime/debug.setGCPercent
1242 func setGCPercent(in int32) (out int32) {
1243         // Run on the system stack since we grab the heap lock.
1244         systemstack(func() {
1245                 lock(&mheap_.lock)
1246                 out = gcController.setGCPercent(in)
1247                 gcControllerCommit()
1248                 unlock(&mheap_.lock)
1249         })
1250
1251         // If we just disabled GC, wait for any concurrent GC mark to
1252         // finish so we always return with no GC running.
1253         if in < 0 {
1254                 gcWaitOnMark(work.cycles.Load())
1255         }
1256
1257         return out
1258 }
1259
1260 func readGOGC() int32 {
1261         p := gogetenv("GOGC")
1262         if p == "off" {
1263                 return -1
1264         }
1265         if n, ok := atoi32(p); ok {
1266                 return n
1267         }
1268         return 100
1269 }
1270
1271 // setMemoryLimit updates memoryLimit. commit must be called after
1272 // Returns the old value of memoryLimit.
1273 //
1274 // The world must be stopped, or mheap_.lock must be held.
1275 func (c *gcControllerState) setMemoryLimit(in int64) int64 {
1276         if !c.test {
1277                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1278         }
1279
1280         out := c.memoryLimit.Load()
1281         if in >= 0 {
1282                 c.memoryLimit.Store(in)
1283         }
1284
1285         return out
1286 }
1287
1288 //go:linkname setMemoryLimit runtime/debug.setMemoryLimit
1289 func setMemoryLimit(in int64) (out int64) {
1290         // Run on the system stack since we grab the heap lock.
1291         systemstack(func() {
1292                 lock(&mheap_.lock)
1293                 out = gcController.setMemoryLimit(in)
1294                 if in < 0 || out == in {
1295                         // If we're just checking the value or not changing
1296                         // it, there's no point in doing the rest.
1297                         unlock(&mheap_.lock)
1298                         return
1299                 }
1300                 gcControllerCommit()
1301                 unlock(&mheap_.lock)
1302         })
1303         return out
1304 }
1305
1306 func readGOMEMLIMIT() int64 {
1307         p := gogetenv("GOMEMLIMIT")
1308         if p == "" || p == "off" {
1309                 return maxInt64
1310         }
1311         n, ok := parseByteCount(p)
1312         if !ok {
1313                 print("GOMEMLIMIT=", p, "\n")
1314                 throw("malformed GOMEMLIMIT; see `go doc runtime/debug.SetMemoryLimit`")
1315         }
1316         return n
1317 }
1318
1319 // addIdleMarkWorker attempts to add a new idle mark worker.
1320 //
1321 // If this returns true, the caller must become an idle mark worker unless
1322 // there's no background mark worker goroutines in the pool. This case is
1323 // harmless because there are already background mark workers running.
1324 // If this returns false, the caller must NOT become an idle mark worker.
1325 //
1326 // nosplit because it may be called without a P.
1327 //
1328 //go:nosplit
1329 func (c *gcControllerState) addIdleMarkWorker() bool {
1330         for {
1331                 old := c.idleMarkWorkers.Load()
1332                 n, max := int32(old&uint64(^uint32(0))), int32(old>>32)
1333                 if n >= max {
1334                         // See the comment on idleMarkWorkers for why
1335                         // n > max is tolerated.
1336                         return false
1337                 }
1338                 if n < 0 {
1339                         print("n=", n, " max=", max, "\n")
1340                         throw("negative idle mark workers")
1341                 }
1342                 new := uint64(uint32(n+1)) | (uint64(max) << 32)
1343                 if c.idleMarkWorkers.CompareAndSwap(old, new) {
1344                         return true
1345                 }
1346         }
1347 }
1348
1349 // needIdleMarkWorker is a hint as to whether another idle mark worker is needed.
1350 //
1351 // The caller must still call addIdleMarkWorker to become one. This is mainly
1352 // useful for a quick check before an expensive operation.
1353 //
1354 // nosplit because it may be called without a P.
1355 //
1356 //go:nosplit
1357 func (c *gcControllerState) needIdleMarkWorker() bool {
1358         p := c.idleMarkWorkers.Load()
1359         n, max := int32(p&uint64(^uint32(0))), int32(p>>32)
1360         return n < max
1361 }
1362
1363 // removeIdleMarkWorker must be called when an new idle mark worker stops executing.
1364 func (c *gcControllerState) removeIdleMarkWorker() {
1365         for {
1366                 old := c.idleMarkWorkers.Load()
1367                 n, max := int32(old&uint64(^uint32(0))), int32(old>>32)
1368                 if n-1 < 0 {
1369                         print("n=", n, " max=", max, "\n")
1370                         throw("negative idle mark workers")
1371                 }
1372                 new := uint64(uint32(n-1)) | (uint64(max) << 32)
1373                 if c.idleMarkWorkers.CompareAndSwap(old, new) {
1374                         return
1375                 }
1376         }
1377 }
1378
1379 // setMaxIdleMarkWorkers sets the maximum number of idle mark workers allowed.
1380 //
1381 // This method is optimistic in that it does not wait for the number of
1382 // idle mark workers to reduce to max before returning; it assumes the workers
1383 // will deschedule themselves.
1384 func (c *gcControllerState) setMaxIdleMarkWorkers(max int32) {
1385         for {
1386                 old := c.idleMarkWorkers.Load()
1387                 n := int32(old & uint64(^uint32(0)))
1388                 if n < 0 {
1389                         print("n=", n, " max=", max, "\n")
1390                         throw("negative idle mark workers")
1391                 }
1392                 new := uint64(uint32(n)) | (uint64(max) << 32)
1393                 if c.idleMarkWorkers.CompareAndSwap(old, new) {
1394                         return
1395                 }
1396         }
1397 }
1398
1399 // gcControllerCommit is gcController.commit, but passes arguments from live
1400 // (non-test) data. It also updates any consumers of the GC pacing, such as
1401 // sweep pacing and the background scavenger.
1402 //
1403 // Calls gcController.commit.
1404 //
1405 // The heap lock must be held, so this must be executed on the system stack.
1406 //
1407 //go:systemstack
1408 func gcControllerCommit() {
1409         assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1410
1411         gcController.commit(isSweepDone())
1412
1413         // Update mark pacing.
1414         if gcphase != _GCoff {
1415                 gcController.revise()
1416         }
1417
1418         // TODO(mknyszek): This isn't really accurate any longer because the heap
1419         // goal is computed dynamically. Still useful to snapshot, but not as useful.
1420         if trace.enabled {
1421                 traceHeapGoal()
1422         }
1423
1424         trigger, heapGoal := gcController.trigger()
1425         gcPaceSweeper(trigger)
1426         gcPaceScavenger(gcController.memoryLimit.Load(), heapGoal, gcController.lastHeapGoal)
1427 }