]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgcpacer.go
[dev.boringcrypto] all: merge master into dev.boringcrypto
[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         _ uint32 // Padding for atomics on 32-bit platforms.
158
159         // heapGoal is the goal heapLive for when next GC ends.
160         // Set to ^uint64(0) if disabled.
161         //
162         // Read and written atomically, unless the world is stopped.
163         heapGoal uint64
164
165         // lastHeapGoal is the value of heapGoal for the previous GC.
166         // Note that this is distinct from the last value heapGoal had,
167         // because it could change if e.g. gcPercent changes.
168         //
169         // Read and written with the world stopped or with mheap_.lock held.
170         lastHeapGoal uint64
171
172         // heapLive is the number of bytes considered live by the GC.
173         // That is: retained by the most recent GC plus allocated
174         // since then. heapLive ≤ memstats.heapAlloc, since heapAlloc includes
175         // unmarked objects that have not yet been swept (and hence goes up as we
176         // allocate and down as we sweep) while heapLive excludes these
177         // objects (and hence only goes up between GCs).
178         //
179         // This is updated atomically without locking. To reduce
180         // contention, this is updated only when obtaining a span from
181         // an mcentral and at this point it counts all of the
182         // unallocated slots in that span (which will be allocated
183         // before that mcache obtains another span from that
184         // mcentral). Hence, it slightly overestimates the "true" live
185         // heap size. It's better to overestimate than to
186         // underestimate because 1) this triggers the GC earlier than
187         // necessary rather than potentially too late and 2) this
188         // leads to a conservative GC rate rather than a GC rate that
189         // is potentially too low.
190         //
191         // Reads should likewise be atomic (or during STW).
192         //
193         // Whenever this is updated, call traceHeapAlloc() and
194         // this gcControllerState's revise() method.
195         heapLive uint64
196
197         // heapScan is the number of bytes of "scannable" heap. This
198         // is the live heap (as counted by heapLive), but omitting
199         // no-scan objects and no-scan tails of objects.
200         //
201         // For !goexperiment.PacerRedesign: Whenever this is updated,
202         // call this gcControllerState's revise() method. It is read
203         // and written atomically or with the world stopped.
204         //
205         // For goexperiment.PacerRedesign: This value is fixed at the
206         // start of a GC cycle, so during a GC cycle it is safe to
207         // read without atomics, and it represents the maximum scannable
208         // heap.
209         heapScan uint64
210
211         // lastHeapScan is the number of bytes of heap that were scanned
212         // last GC cycle. It is the same as heapMarked, but only
213         // includes the "scannable" parts of objects.
214         //
215         // Updated when the world is stopped.
216         lastHeapScan uint64
217
218         // stackScan is a snapshot of scannableStackSize taken at each GC
219         // STW pause and is used in pacing decisions.
220         //
221         // Updated only while the world is stopped.
222         stackScan uint64
223
224         // scannableStackSize is the amount of allocated goroutine stack space in
225         // use by goroutines.
226         //
227         // This number tracks allocated goroutine stack space rather than used
228         // goroutine stack space (i.e. what is actually scanned) because used
229         // goroutine stack space is much harder to measure cheaply. By using
230         // allocated space, we make an overestimate; this is OK, it's better
231         // to conservatively overcount than undercount.
232         //
233         // Read and updated atomically.
234         scannableStackSize uint64
235
236         // globalsScan is the total amount of global variable space
237         // that is scannable.
238         //
239         // Read and updated atomically.
240         globalsScan uint64
241
242         // heapMarked is the number of bytes marked by the previous
243         // GC. After mark termination, heapLive == heapMarked, but
244         // unlike heapLive, heapMarked does not change until the
245         // next mark termination.
246         heapMarked uint64
247
248         // heapScanWork is the total heap scan work performed this cycle.
249         // stackScanWork is the total stack scan work performed this cycle.
250         // globalsScanWork is the total globals scan work performed this cycle.
251         //
252         // These are updated atomically during the cycle. Updates occur in
253         // bounded batches, since they are both written and read
254         // throughout the cycle. At the end of the cycle, heapScanWork is how
255         // much of the retained heap is scannable.
256         //
257         // Currently these are measured in bytes. For most uses, this is an
258         // opaque unit of work, but for estimation the definition is important.
259         //
260         // Note that stackScanWork includes all allocated space, not just the
261         // size of the stack itself, mirroring stackSize.
262         //
263         // For !goexperiment.PacerRedesign, stackScanWork and globalsScanWork
264         // are always zero.
265         heapScanWork    atomic.Int64
266         stackScanWork   atomic.Int64
267         globalsScanWork atomic.Int64
268
269         // bgScanCredit is the scan work credit accumulated by the
270         // concurrent background scan. This credit is accumulated by
271         // the background scan and stolen by mutator assists. This is
272         // updated atomically. Updates occur in bounded batches, since
273         // it is both written and read throughout the cycle.
274         bgScanCredit int64
275
276         // assistTime is the nanoseconds spent in mutator assists
277         // during this cycle. This is updated atomically. Updates
278         // occur in bounded batches, since it is both written and read
279         // throughout the cycle.
280         assistTime int64
281
282         // dedicatedMarkTime is the nanoseconds spent in dedicated
283         // mark workers during this cycle. This is updated atomically
284         // at the end of the concurrent mark phase.
285         dedicatedMarkTime int64
286
287         // fractionalMarkTime is the nanoseconds spent in the
288         // fractional mark worker during this cycle. This is updated
289         // atomically throughout the cycle and will be up-to-date if
290         // the fractional mark worker is not currently running.
291         fractionalMarkTime int64
292
293         // idleMarkTime is the nanoseconds spent in idle marking
294         // during this cycle. This is updated atomically throughout
295         // the cycle.
296         idleMarkTime int64
297
298         // markStartTime is the absolute start time in nanoseconds
299         // that assists and background mark workers started.
300         markStartTime int64
301
302         // dedicatedMarkWorkersNeeded is the number of dedicated mark
303         // workers that need to be started. This is computed at the
304         // beginning of each cycle and decremented atomically as
305         // dedicated mark workers get started.
306         dedicatedMarkWorkersNeeded int64
307
308         // assistWorkPerByte is the ratio of scan work to allocated
309         // bytes that should be performed by mutator assists. This is
310         // computed at the beginning of each cycle and updated every
311         // time heapScan is updated.
312         assistWorkPerByte atomic.Float64
313
314         // assistBytesPerWork is 1/assistWorkPerByte.
315         //
316         // Note that because this is read and written independently
317         // from assistWorkPerByte users may notice a skew between
318         // the two values, and such a state should be safe.
319         assistBytesPerWork atomic.Float64
320
321         // fractionalUtilizationGoal is the fraction of wall clock
322         // time that should be spent in the fractional mark worker on
323         // each P that isn't running a dedicated worker.
324         //
325         // For example, if the utilization goal is 25% and there are
326         // no dedicated workers, this will be 0.25. If the goal is
327         // 25%, there is one dedicated worker, and GOMAXPROCS is 5,
328         // this will be 0.05 to make up the missing 5%.
329         //
330         // If this is zero, no fractional workers are needed.
331         fractionalUtilizationGoal float64
332
333         // test indicates that this is a test-only copy of gcControllerState.
334         test bool
335
336         _ cpu.CacheLinePad
337 }
338
339 func (c *gcControllerState) init(gcPercent int32) {
340         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum
341
342         if goexperiment.PacerRedesign {
343                 c.consMarkController = piController{
344                         // Tuned first via the Ziegler-Nichols process in simulation,
345                         // then the integral time was manually tuned against real-world
346                         // applications to deal with noisiness in the measured cons/mark
347                         // ratio.
348                         kp: 0.9,
349                         ti: 4.0,
350
351                         // Set a high reset time in GC cycles.
352                         // This is inversely proportional to the rate at which we
353                         // accumulate error from clipping. By making this very high
354                         // we make the accumulation slow. In general, clipping is
355                         // OK in our situation, hence the choice.
356                         //
357                         // Tune this if we get unintended effects from clipping for
358                         // a long time.
359                         tt:  1000,
360                         min: -1000,
361                         max: 1000,
362                 }
363         } else {
364                 // Set a reasonable initial GC trigger.
365                 c.triggerRatio = 7 / 8.0
366
367                 // Fake a heapMarked value so it looks like a trigger at
368                 // heapMinimum is the appropriate growth from heapMarked.
369                 // This will go into computing the initial GC goal.
370                 c.heapMarked = uint64(float64(c.heapMinimum) / (1 + c.triggerRatio))
371         }
372
373         // This will also compute and set the GC trigger and goal.
374         c.setGCPercent(gcPercent)
375 }
376
377 // startCycle resets the GC controller's state and computes estimates
378 // for a new GC cycle. The caller must hold worldsema and the world
379 // must be stopped.
380 func (c *gcControllerState) startCycle(markStartTime int64, procs int) {
381         c.heapScanWork.Store(0)
382         c.stackScanWork.Store(0)
383         c.globalsScanWork.Store(0)
384         c.bgScanCredit = 0
385         c.assistTime = 0
386         c.dedicatedMarkTime = 0
387         c.fractionalMarkTime = 0
388         c.idleMarkTime = 0
389         c.markStartTime = markStartTime
390         c.stackScan = atomic.Load64(&c.scannableStackSize)
391
392         // Ensure that the heap goal is at least a little larger than
393         // the current live heap size. This may not be the case if GC
394         // start is delayed or if the allocation that pushed gcController.heapLive
395         // over trigger is large or if the trigger is really close to
396         // GOGC. Assist is proportional to this distance, so enforce a
397         // minimum distance, even if it means going over the GOGC goal
398         // by a tiny bit.
399         if goexperiment.PacerRedesign {
400                 if c.heapGoal < c.heapLive+64<<10 {
401                         c.heapGoal = c.heapLive + 64<<10
402                 }
403         } else {
404                 if c.heapGoal < c.heapLive+1<<20 {
405                         c.heapGoal = c.heapLive + 1<<20
406                 }
407         }
408
409         // Compute the background mark utilization goal. In general,
410         // this may not come out exactly. We round the number of
411         // dedicated workers so that the utilization is closest to
412         // 25%. For small GOMAXPROCS, this would introduce too much
413         // error, so we add fractional workers in that case.
414         totalUtilizationGoal := float64(procs) * gcBackgroundUtilization
415         c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(totalUtilizationGoal + 0.5)
416         utilError := float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)/totalUtilizationGoal - 1
417         const maxUtilError = 0.3
418         if utilError < -maxUtilError || utilError > maxUtilError {
419                 // Rounding put us more than 30% off our goal. With
420                 // gcBackgroundUtilization of 25%, this happens for
421                 // GOMAXPROCS<=3 or GOMAXPROCS=6. Enable fractional
422                 // workers to compensate.
423                 if float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded) > totalUtilizationGoal {
424                         // Too many dedicated workers.
425                         c.dedicatedMarkWorkersNeeded--
426                 }
427                 c.fractionalUtilizationGoal = (totalUtilizationGoal - float64(c.dedicatedMarkWorkersNeeded)) / float64(procs)
428         } else {
429                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
430         }
431
432         // In STW mode, we just want dedicated workers.
433         if debug.gcstoptheworld > 0 {
434                 c.dedicatedMarkWorkersNeeded = int64(procs)
435                 c.fractionalUtilizationGoal = 0
436         }
437
438         // Clear per-P state
439         for _, p := range allp {
440                 p.gcAssistTime = 0
441                 p.gcFractionalMarkTime = 0
442         }
443
444         // Compute initial values for controls that are updated
445         // throughout the cycle.
446         c.revise()
447
448         if debug.gcpacertrace > 0 {
449                 assistRatio := c.assistWorkPerByte.Load()
450                 print("pacer: assist ratio=", assistRatio,
451                         " (scan ", gcController.heapScan>>20, " MB in ",
452                         work.initialHeapLive>>20, "->",
453                         c.heapGoal>>20, " MB)",
454                         " workers=", c.dedicatedMarkWorkersNeeded,
455                         "+", c.fractionalUtilizationGoal, "\n")
456         }
457 }
458
459 // revise updates the assist ratio during the GC cycle to account for
460 // improved estimates. This should be called whenever gcController.heapScan,
461 // gcController.heapLive, or gcController.heapGoal is updated. It is safe to
462 // call concurrently, but it may race with other calls to revise.
463 //
464 // The result of this race is that the two assist ratio values may not line
465 // up or may be stale. In practice this is OK because the assist ratio
466 // moves slowly throughout a GC cycle, and the assist ratio is a best-effort
467 // heuristic anyway. Furthermore, no part of the heuristic depends on
468 // the two assist ratio values being exact reciprocals of one another, since
469 // the two values are used to convert values from different sources.
470 //
471 // The worst case result of this raciness is that we may miss a larger shift
472 // in the ratio (say, if we decide to pace more aggressively against the
473 // hard heap goal) but even this "hard goal" is best-effort (see #40460).
474 // The dedicated GC should ensure we don't exceed the hard goal by too much
475 // in the rare case we do exceed it.
476 //
477 // It should only be called when gcBlackenEnabled != 0 (because this
478 // is when assists are enabled and the necessary statistics are
479 // available).
480 func (c *gcControllerState) revise() {
481         gcPercent := c.gcPercent.Load()
482         if gcPercent < 0 {
483                 // If GC is disabled but we're running a forced GC,
484                 // act like GOGC is huge for the below calculations.
485                 gcPercent = 100000
486         }
487         live := atomic.Load64(&c.heapLive)
488         scan := atomic.Load64(&c.heapScan)
489         work := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
490
491         // Assume we're under the soft goal. Pace GC to complete at
492         // heapGoal assuming the heap is in steady-state.
493         heapGoal := int64(atomic.Load64(&c.heapGoal))
494
495         var scanWorkExpected int64
496         if goexperiment.PacerRedesign {
497                 // The expected scan work is computed as the amount of bytes scanned last
498                 // GC cycle, plus our estimate of stacks and globals work for this cycle.
499                 scanWorkExpected = int64(c.lastHeapScan + c.stackScan + c.globalsScan)
500
501                 // maxScanWork is a worst-case estimate of the amount of scan work that
502                 // needs to be performed in this GC cycle. Specifically, it represents
503                 // the case where *all* scannable memory turns out to be live.
504                 maxScanWork := int64(scan + c.stackScan + c.globalsScan)
505                 if work > scanWorkExpected {
506                         // We've already done more scan work than expected. Because our expectation
507                         // is based on a steady-state scannable heap size, we assume this means our
508                         // heap is growing. Compute a new heap goal that takes our existing runway
509                         // computed for scanWorkExpected and extrapolates it to maxScanWork, the worst-case
510                         // scan work. This keeps our assist ratio stable if the heap continues to grow.
511                         //
512                         // The effect of this mechanism is that assists stay flat in the face of heap
513                         // growths. It's OK to use more memory this cycle to scan all the live heap,
514                         // because the next GC cycle is inevitably going to use *at least* that much
515                         // memory anyway.
516                         extHeapGoal := int64(float64(heapGoal-int64(c.trigger))/float64(scanWorkExpected)*float64(maxScanWork)) + int64(c.trigger)
517                         scanWorkExpected = maxScanWork
518
519                         // hardGoal is a hard limit on the amount that we're willing to push back the
520                         // heap goal, and that's twice the heap goal (i.e. if GOGC=100 and the heap and/or
521                         // stacks and/or globals grow to twice their size, this limits the current GC cycle's
522                         // growth to 4x the original live heap's size).
523                         //
524                         // This maintains the invariant that we use no more memory than the next GC cycle
525                         // will anyway.
526                         hardGoal := int64((1.0 + float64(gcPercent)/100.0) * float64(heapGoal))
527                         if extHeapGoal > hardGoal {
528                                 extHeapGoal = hardGoal
529                         }
530                         heapGoal = extHeapGoal
531                 }
532                 if int64(live) > heapGoal {
533                         // We're already past our heap goal, even the extrapolated one.
534                         // Leave ourselves some extra runway, so in the worst case we
535                         // finish by that point.
536                         const maxOvershoot = 1.1
537                         heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
538
539                         // Compute the upper bound on the scan work remaining.
540                         scanWorkExpected = maxScanWork
541                 }
542         } else {
543                 // Compute the expected scan work remaining.
544                 //
545                 // This is estimated based on the expected
546                 // steady-state scannable heap. For example, with
547                 // GOGC=100, only half of the scannable heap is
548                 // expected to be live, so that's what we target.
549                 //
550                 // (This is a float calculation to avoid overflowing on
551                 // 100*heapScan.)
552                 scanWorkExpected = int64(float64(scan) * 100 / float64(100+gcPercent))
553                 if int64(live) > heapGoal || work > scanWorkExpected {
554                         // We're past the soft goal, or we've already done more scan
555                         // work than we expected. Pace GC so that in the worst case it
556                         // will complete by the hard goal.
557                         const maxOvershoot = 1.1
558                         heapGoal = int64(float64(heapGoal) * maxOvershoot)
559
560                         // Compute the upper bound on the scan work remaining.
561                         scanWorkExpected = int64(scan)
562                 }
563         }
564
565         // Compute the remaining scan work estimate.
566         //
567         // Note that we currently count allocations during GC as both
568         // scannable heap (heapScan) and scan work completed
569         // (scanWork), so allocation will change this difference
570         // slowly in the soft regime and not at all in the hard
571         // regime.
572         scanWorkRemaining := scanWorkExpected - work
573         if scanWorkRemaining < 1000 {
574                 // We set a somewhat arbitrary lower bound on
575                 // remaining scan work since if we aim a little high,
576                 // we can miss by a little.
577                 //
578                 // We *do* need to enforce that this is at least 1,
579                 // since marking is racy and double-scanning objects
580                 // may legitimately make the remaining scan work
581                 // negative, even in the hard goal regime.
582                 scanWorkRemaining = 1000
583         }
584
585         // Compute the heap distance remaining.
586         heapRemaining := heapGoal - int64(live)
587         if heapRemaining <= 0 {
588                 // This shouldn't happen, but if it does, avoid
589                 // dividing by zero or setting the assist negative.
590                 heapRemaining = 1
591         }
592
593         // Compute the mutator assist ratio so by the time the mutator
594         // allocates the remaining heap bytes up to heapGoal, it will
595         // have done (or stolen) the remaining amount of scan work.
596         // Note that the assist ratio values are updated atomically
597         // but not together. This means there may be some degree of
598         // skew between the two values. This is generally OK as the
599         // values shift relatively slowly over the course of a GC
600         // cycle.
601         assistWorkPerByte := float64(scanWorkRemaining) / float64(heapRemaining)
602         assistBytesPerWork := float64(heapRemaining) / float64(scanWorkRemaining)
603         c.assistWorkPerByte.Store(assistWorkPerByte)
604         c.assistBytesPerWork.Store(assistBytesPerWork)
605 }
606
607 // endCycle computes the trigger ratio (!goexperiment.PacerRedesign)
608 // or the consMark estimate (goexperiment.PacerRedesign) for the next cycle.
609 // Returns the trigger ratio if application, or 0 (goexperiment.PacerRedesign).
610 // userForced indicates whether the current GC cycle was forced
611 // by the application.
612 func (c *gcControllerState) endCycle(now int64, procs int, userForced bool) float64 {
613         // Record last heap goal for the scavenger.
614         // We'll be updating the heap goal soon.
615         gcController.lastHeapGoal = gcController.heapGoal
616
617         // Compute the duration of time for which assists were turned on.
618         assistDuration := now - c.markStartTime
619
620         // Assume background mark hit its utilization goal.
621         utilization := gcBackgroundUtilization
622         // Add assist utilization; avoid divide by zero.
623         if assistDuration > 0 {
624                 utilization += float64(c.assistTime) / float64(assistDuration*int64(procs))
625         }
626
627         if goexperiment.PacerRedesign {
628                 if c.heapLive <= c.trigger {
629                         // Shouldn't happen, but let's be very safe about this in case the
630                         // GC is somehow extremely short.
631                         //
632                         // In this case though, the only reasonable value for c.heapLive-c.trigger
633                         // would be 0, which isn't really all that useful, i.e. the GC was so short
634                         // that it didn't matter.
635                         //
636                         // Ignore this case and don't update anything.
637                         return 0
638                 }
639                 idleUtilization := 0.0
640                 if assistDuration > 0 {
641                         idleUtilization = float64(c.idleMarkTime) / float64(assistDuration*int64(procs))
642                 }
643                 // Determine the cons/mark ratio.
644                 //
645                 // The units we want for the numerator and denominator are both B / cpu-ns.
646                 // We get this by taking the bytes allocated or scanned, and divide by the amount of
647                 // CPU time it took for those operations. For allocations, that CPU time is
648                 //
649                 //    assistDuration * procs * (1 - utilization)
650                 //
651                 // Where utilization includes just background GC workers and assists. It does *not*
652                 // include idle GC work time, because in theory the mutator is free to take that at
653                 // any point.
654                 //
655                 // For scanning, that CPU time is
656                 //
657                 //    assistDuration * procs * (utilization + idleUtilization)
658                 //
659                 // In this case, we *include* idle utilization, because that is additional CPU time that the
660                 // the GC had available to it.
661                 //
662                 // In effect, idle GC time is sort of double-counted here, but it's very weird compared
663                 // to other kinds of GC work, because of how fluid it is. Namely, because the mutator is
664                 // *always* free to take it.
665                 //
666                 // So this calculation is really:
667                 //     (heapLive-trigger) / (assistDuration * procs * (1-utilization)) /
668                 //         (scanWork) / (assistDuration * procs * (utilization+idleUtilization)
669                 //
670                 // Note that because we only care about the ratio, assistDuration and procs cancel out.
671                 scanWork := c.heapScanWork.Load() + c.stackScanWork.Load() + c.globalsScanWork.Load()
672                 currentConsMark := (float64(c.heapLive-c.trigger) * (utilization + idleUtilization)) /
673                         (float64(scanWork) * (1 - utilization))
674
675                 // Update cons/mark controller. The time period for this is 1 GC cycle.
676                 //
677                 // This use of a PI controller might seem strange. So, here's an explanation:
678                 //
679                 // currentConsMark represents the consMark we *should've* had to be perfectly
680                 // on-target for this cycle. Given that we assume the next GC will be like this
681                 // one in the steady-state, it stands to reason that we should just pick that
682                 // as our next consMark. In practice, however, currentConsMark is too noisy:
683                 // we're going to be wildly off-target in each GC cycle if we do that.
684                 //
685                 // What we do instead is make a long-term assumption: there is some steady-state
686                 // consMark value, but it's obscured by noise. By constantly shooting for this
687                 // noisy-but-perfect consMark value, the controller will bounce around a bit,
688                 // but its average behavior, in aggregate, should be less noisy and closer to
689                 // the true long-term consMark value, provided its tuned to be slightly overdamped.
690                 var ok bool
691                 oldConsMark := c.consMark
692                 c.consMark, ok = c.consMarkController.next(c.consMark, currentConsMark, 1.0)
693                 if !ok {
694                         // The error spiraled out of control. This is incredibly unlikely seeing
695                         // as this controller is essentially just a smoothing function, but it might
696                         // mean that something went very wrong with how currentConsMark was calculated.
697                         // Just reset consMark and keep going.
698                         c.consMark = 0
699                 }
700
701                 if debug.gcpacertrace > 0 {
702                         printlock()
703                         goal := gcGoalUtilization * 100
704                         print("pacer: ", int(utilization*100), "% CPU (", int(goal), " exp.) for ")
705                         print(c.heapScanWork.Load(), "+", c.stackScanWork.Load(), "+", c.globalsScanWork.Load(), " B work (", c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan, " B exp.) ")
706                         print("in ", c.trigger, " B -> ", c.heapLive, " B (∆goal ", int64(c.heapLive)-int64(c.heapGoal), ", cons/mark ", oldConsMark, ")")
707                         if !ok {
708                                 print("[controller reset]")
709                         }
710                         println()
711                         printunlock()
712                 }
713                 return 0
714         }
715
716         // !goexperiment.PacerRedesign below.
717
718         if userForced {
719                 // Forced GC means this cycle didn't start at the
720                 // trigger, so where it finished isn't good
721                 // information about how to adjust the trigger.
722                 // Just leave it where it is.
723                 return c.triggerRatio
724         }
725
726         // Proportional response gain for the trigger controller. Must
727         // be in [0, 1]. Lower values smooth out transient effects but
728         // take longer to respond to phase changes. Higher values
729         // react to phase changes quickly, but are more affected by
730         // transient changes. Values near 1 may be unstable.
731         const triggerGain = 0.5
732
733         // Compute next cycle trigger ratio. First, this computes the
734         // "error" for this cycle; that is, how far off the trigger
735         // was from what it should have been, accounting for both heap
736         // growth and GC CPU utilization. We compute the actual heap
737         // growth during this cycle and scale that by how far off from
738         // the goal CPU utilization we were (to estimate the heap
739         // growth if we had the desired CPU utilization). The
740         // difference between this estimate and the GOGC-based goal
741         // heap growth is the error.
742         goalGrowthRatio := c.effectiveGrowthRatio()
743         actualGrowthRatio := float64(c.heapLive)/float64(c.heapMarked) - 1
744         triggerError := goalGrowthRatio - c.triggerRatio - utilization/gcGoalUtilization*(actualGrowthRatio-c.triggerRatio)
745
746         // Finally, we adjust the trigger for next time by this error,
747         // damped by the proportional gain.
748         triggerRatio := c.triggerRatio + triggerGain*triggerError
749
750         if debug.gcpacertrace > 0 {
751                 // Print controller state in terms of the design
752                 // document.
753                 H_m_prev := c.heapMarked
754                 h_t := c.triggerRatio
755                 H_T := c.trigger
756                 h_a := actualGrowthRatio
757                 H_a := c.heapLive
758                 h_g := goalGrowthRatio
759                 H_g := int64(float64(H_m_prev) * (1 + h_g))
760                 u_a := utilization
761                 u_g := gcGoalUtilization
762                 W_a := c.heapScanWork.Load()
763                 print("pacer: H_m_prev=", H_m_prev,
764                         " h_t=", h_t, " H_T=", H_T,
765                         " h_a=", h_a, " H_a=", H_a,
766                         " h_g=", h_g, " H_g=", H_g,
767                         " u_a=", u_a, " u_g=", u_g,
768                         " W_a=", W_a,
769                         " goalΔ=", goalGrowthRatio-h_t,
770                         " actualΔ=", h_a-h_t,
771                         " u_a/u_g=", u_a/u_g,
772                         "\n")
773         }
774
775         return triggerRatio
776 }
777
778 // enlistWorker encourages another dedicated mark worker to start on
779 // another P if there are spare worker slots. It is used by putfull
780 // when more work is made available.
781 //
782 //go:nowritebarrier
783 func (c *gcControllerState) enlistWorker() {
784         // If there are idle Ps, wake one so it will run an idle worker.
785         // NOTE: This is suspected of causing deadlocks. See golang.org/issue/19112.
786         //
787         //      if atomic.Load(&sched.npidle) != 0 && atomic.Load(&sched.nmspinning) == 0 {
788         //              wakep()
789         //              return
790         //      }
791
792         // There are no idle Ps. If we need more dedicated workers,
793         // try to preempt a running P so it will switch to a worker.
794         if c.dedicatedMarkWorkersNeeded <= 0 {
795                 return
796         }
797         // Pick a random other P to preempt.
798         if gomaxprocs <= 1 {
799                 return
800         }
801         gp := getg()
802         if gp == nil || gp.m == nil || gp.m.p == 0 {
803                 return
804         }
805         myID := gp.m.p.ptr().id
806         for tries := 0; tries < 5; tries++ {
807                 id := int32(fastrandn(uint32(gomaxprocs - 1)))
808                 if id >= myID {
809                         id++
810                 }
811                 p := allp[id]
812                 if p.status != _Prunning {
813                         continue
814                 }
815                 if preemptone(p) {
816                         return
817                 }
818         }
819 }
820
821 // findRunnableGCWorker returns a background mark worker for _p_ if it
822 // should be run. This must only be called when gcBlackenEnabled != 0.
823 func (c *gcControllerState) findRunnableGCWorker(_p_ *p) *g {
824         if gcBlackenEnabled == 0 {
825                 throw("gcControllerState.findRunnable: blackening not enabled")
826         }
827
828         if !gcMarkWorkAvailable(_p_) {
829                 // No work to be done right now. This can happen at
830                 // the end of the mark phase when there are still
831                 // assists tapering off. Don't bother running a worker
832                 // now because it'll just return immediately.
833                 return nil
834         }
835
836         // Grab a worker before we commit to running below.
837         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(gcBgMarkWorkerPool.pop())
838         if node == nil {
839                 // There is at least one worker per P, so normally there are
840                 // enough workers to run on all Ps, if necessary. However, once
841                 // a worker enters gcMarkDone it may park without rejoining the
842                 // pool, thus freeing a P with no corresponding worker.
843                 // gcMarkDone never depends on another worker doing work, so it
844                 // is safe to simply do nothing here.
845                 //
846                 // If gcMarkDone bails out without completing the mark phase,
847                 // it will always do so with queued global work. Thus, that P
848                 // will be immediately eligible to re-run the worker G it was
849                 // just using, ensuring work can complete.
850                 return nil
851         }
852
853         decIfPositive := func(ptr *int64) bool {
854                 for {
855                         v := atomic.Loadint64(ptr)
856                         if v <= 0 {
857                                 return false
858                         }
859
860                         if atomic.Casint64(ptr, v, v-1) {
861                                 return true
862                         }
863                 }
864         }
865
866         if decIfPositive(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded) {
867                 // This P is now dedicated to marking until the end of
868                 // the concurrent mark phase.
869                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerDedicatedMode
870         } else if c.fractionalUtilizationGoal == 0 {
871                 // No need for fractional workers.
872                 gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
873                 return nil
874         } else {
875                 // Is this P behind on the fractional utilization
876                 // goal?
877                 //
878                 // This should be kept in sync with pollFractionalWorkerExit.
879                 delta := nanotime() - c.markStartTime
880                 if delta > 0 && float64(_p_.gcFractionalMarkTime)/float64(delta) > c.fractionalUtilizationGoal {
881                         // Nope. No need to run a fractional worker.
882                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
883                         return nil
884                 }
885                 // Run a fractional worker.
886                 _p_.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerFractionalMode
887         }
888
889         // Run the background mark worker.
890         gp := node.gp.ptr()
891         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunnable)
892         if trace.enabled {
893                 traceGoUnpark(gp, 0)
894         }
895         return gp
896 }
897
898 // resetLive sets up the controller state for the next mark phase after the end
899 // of the previous one. Must be called after endCycle and before commit, before
900 // the world is started.
901 //
902 // The world must be stopped.
903 func (c *gcControllerState) resetLive(bytesMarked uint64) {
904         c.heapMarked = bytesMarked
905         c.heapLive = bytesMarked
906         c.heapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
907         c.lastHeapScan = uint64(c.heapScanWork.Load())
908
909         // heapLive was updated, so emit a trace event.
910         if trace.enabled {
911                 traceHeapAlloc()
912         }
913 }
914
915 // logWorkTime updates mark work accounting in the controller by a duration of
916 // work in nanoseconds.
917 //
918 // Safe to execute at any time.
919 func (c *gcControllerState) logWorkTime(mode gcMarkWorkerMode, duration int64) {
920         switch mode {
921         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
922                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkTime, duration)
923                 atomic.Xaddint64(&c.dedicatedMarkWorkersNeeded, 1)
924         case gcMarkWorkerFractionalMode:
925                 atomic.Xaddint64(&c.fractionalMarkTime, duration)
926         case gcMarkWorkerIdleMode:
927                 atomic.Xaddint64(&c.idleMarkTime, duration)
928         default:
929                 throw("logWorkTime: unknown mark worker mode")
930         }
931 }
932
933 func (c *gcControllerState) update(dHeapLive, dHeapScan int64) {
934         if dHeapLive != 0 {
935                 atomic.Xadd64(&gcController.heapLive, dHeapLive)
936                 if trace.enabled {
937                         // gcController.heapLive changed.
938                         traceHeapAlloc()
939                 }
940         }
941         // Only update heapScan in the new pacer redesign if we're not
942         // currently in a GC.
943         if !goexperiment.PacerRedesign || gcBlackenEnabled == 0 {
944                 if dHeapScan != 0 {
945                         atomic.Xadd64(&gcController.heapScan, dHeapScan)
946                 }
947         }
948         if gcBlackenEnabled != 0 {
949                 // gcController.heapLive and heapScan changed.
950                 c.revise()
951         }
952 }
953
954 func (c *gcControllerState) addScannableStack(pp *p, amount int64) {
955         if pp == nil {
956                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, amount)
957                 return
958         }
959         pp.scannableStackSizeDelta += amount
960         if pp.scannableStackSizeDelta >= scannableStackSizeSlack || pp.scannableStackSizeDelta <= -scannableStackSizeSlack {
961                 atomic.Xadd64(&c.scannableStackSize, pp.scannableStackSizeDelta)
962                 pp.scannableStackSizeDelta = 0
963         }
964 }
965
966 func (c *gcControllerState) addGlobals(amount int64) {
967         atomic.Xadd64(&c.globalsScan, amount)
968 }
969
970 // commit recomputes all pacing parameters from scratch, namely
971 // absolute trigger, the heap goal, mark pacing, and sweep pacing.
972 //
973 // If goexperiment.PacerRedesign is true, triggerRatio is ignored.
974 //
975 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
976 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
977 //
978 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
979 // gcController.heapLive. These must be up to date.
980 //
981 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
982 func (c *gcControllerState) commit(triggerRatio float64) {
983         if !c.test {
984                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
985         }
986
987         if !goexperiment.PacerRedesign {
988                 c.oldCommit(triggerRatio)
989                 return
990         }
991
992         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
993         // has grown by GOGC/100 over where it started the last cycle,
994         // plus additional runway for non-heap sources of GC work.
995         goal := ^uint64(0)
996         if gcPercent := c.gcPercent.Load(); gcPercent >= 0 {
997                 goal = c.heapMarked + (c.heapMarked+atomic.Load64(&c.stackScan)+atomic.Load64(&c.globalsScan))*uint64(gcPercent)/100
998         }
999
1000         // Don't trigger below the minimum heap size.
1001         minTrigger := c.heapMinimum
1002         if !isSweepDone() {
1003                 // Concurrent sweep happens in the heap growth
1004                 // from gcController.heapLive to trigger, so ensure
1005                 // that concurrent sweep has some heap growth
1006                 // in which to perform sweeping before we
1007                 // start the next GC cycle.
1008                 sweepMin := atomic.Load64(&c.heapLive) + sweepMinHeapDistance
1009                 if sweepMin > minTrigger {
1010                         minTrigger = sweepMin
1011                 }
1012         }
1013
1014         // If we let the trigger go too low, then if the application
1015         // is allocating very rapidly we might end up in a situation
1016         // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
1017         // The result of this is a growing heap and ultimately an
1018         // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
1019         // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
1020         // this growth in RSS.
1021         //
1022         // The current constant was chosen empirically: given a sufficiently
1023         // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
1024         // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
1025         // RSS compared to not having this allocator.
1026         if triggerBound := uint64(0.7*float64(goal-c.heapMarked)) + c.heapMarked; minTrigger < triggerBound {
1027                 minTrigger = triggerBound
1028         }
1029
1030         // For small heaps, set the max trigger point at 95% of the heap goal.
1031         // This ensures we always have *some* headroom when the GC actually starts.
1032         // For larger heaps, set the max trigger point at the goal, minus the
1033         // minimum heap size.
1034         // This choice follows from the fact that the minimum heap size is chosen
1035         // to reflect the costs of a GC with no work to do. With a large heap but
1036         // very little scan work to perform, this gives us exactly as much runway
1037         // as we would need, in the worst case.
1038         maxRunway := uint64(0.95 * float64(goal-c.heapMarked))
1039         if largeHeapMaxRunway := goal - c.heapMinimum; goal > c.heapMinimum && maxRunway < largeHeapMaxRunway {
1040                 maxRunway = largeHeapMaxRunway
1041         }
1042         maxTrigger := maxRunway + c.heapMarked
1043         if maxTrigger < minTrigger {
1044                 maxTrigger = minTrigger
1045         }
1046
1047         // Compute the trigger by using our estimate of the cons/mark ratio.
1048         //
1049         // The idea is to take our expected scan work, and multiply it by
1050         // the cons/mark ratio to determine how long it'll take to complete
1051         // that scan work in terms of bytes allocated. This gives us our GC's
1052         // runway.
1053         //
1054         // However, the cons/mark ratio is a ratio of rates per CPU-second, but
1055         // here we care about the relative rates for some division of CPU
1056         // resources among the mutator and the GC.
1057         //
1058         // To summarize, we have B / cpu-ns, and we want B / ns. We get that
1059         // by multiplying by our desired division of CPU resources. We choose
1060         // to express CPU resources as GOMAPROCS*fraction. Note that because
1061         // we're working with a ratio here, we can omit the number of CPU cores,
1062         // because they'll appear in the numerator and denominator and cancel out.
1063         // As a result, this is basically just "weighing" the cons/mark ratio by
1064         // our desired division of resources.
1065         //
1066         // Furthermore, by setting the trigger so that CPU resources are divided
1067         // this way, assuming that the cons/mark ratio is correct, we make that
1068         // division a reality.
1069         var trigger uint64
1070         runway := uint64((c.consMark * (1 - gcGoalUtilization) / (gcGoalUtilization)) * float64(c.lastHeapScan+c.stackScan+c.globalsScan))
1071         if runway > goal {
1072                 trigger = minTrigger
1073         } else {
1074                 trigger = goal - runway
1075         }
1076         if trigger < minTrigger {
1077                 trigger = minTrigger
1078         }
1079         if trigger > maxTrigger {
1080                 trigger = maxTrigger
1081         }
1082         if trigger > goal {
1083                 goal = trigger
1084         }
1085
1086         // Commit to the trigger and goal.
1087         c.trigger = trigger
1088         atomic.Store64(&c.heapGoal, goal)
1089         if trace.enabled {
1090                 traceHeapGoal()
1091         }
1092
1093         // Update mark pacing.
1094         if gcphase != _GCoff {
1095                 c.revise()
1096         }
1097 }
1098
1099 // oldCommit sets the trigger ratio and updates everything
1100 // derived from it: the absolute trigger, the heap goal, mark pacing,
1101 // and sweep pacing.
1102 //
1103 // This can be called any time. If GC is the in the middle of a
1104 // concurrent phase, it will adjust the pacing of that phase.
1105 //
1106 // This depends on gcPercent, gcController.heapMarked, and
1107 // gcController.heapLive. These must be up to date.
1108 //
1109 // For !goexperiment.PacerRedesign.
1110 func (c *gcControllerState) oldCommit(triggerRatio float64) {
1111         gcPercent := c.gcPercent.Load()
1112
1113         // Compute the next GC goal, which is when the allocated heap
1114         // has grown by GOGC/100 over the heap marked by the last
1115         // cycle.
1116         goal := ^uint64(0)
1117         if gcPercent >= 0 {
1118                 goal = c.heapMarked + c.heapMarked*uint64(gcPercent)/100
1119         }
1120
1121         // Set the trigger ratio, capped to reasonable bounds.
1122         if gcPercent >= 0 {
1123                 scalingFactor := float64(gcPercent) / 100
1124                 // Ensure there's always a little margin so that the
1125                 // mutator assist ratio isn't infinity.
1126                 maxTriggerRatio := 0.95 * scalingFactor
1127                 if triggerRatio > maxTriggerRatio {
1128                         triggerRatio = maxTriggerRatio
1129                 }
1130
1131                 // If we let triggerRatio go too low, then if the application
1132                 // is allocating very rapidly we might end up in a situation
1133                 // where we're allocating black during a nearly always-on GC.
1134                 // The result of this is a growing heap and ultimately an
1135                 // increase in RSS. By capping us at a point >0, we're essentially
1136                 // saying that we're OK using more CPU during the GC to prevent
1137                 // this growth in RSS.
1138                 //
1139                 // The current constant was chosen empirically: given a sufficiently
1140                 // fast/scalable allocator with 48 Ps that could drive the trigger ratio
1141                 // to <0.05, this constant causes applications to retain the same peak
1142                 // RSS compared to not having this allocator.
1143                 minTriggerRatio := 0.6 * scalingFactor
1144                 if triggerRatio < minTriggerRatio {
1145                         triggerRatio = minTriggerRatio
1146                 }
1147         } else if triggerRatio < 0 {
1148                 // gcPercent < 0, so just make sure we're not getting a negative
1149                 // triggerRatio. This case isn't expected to happen in practice,
1150                 // and doesn't really matter because if gcPercent < 0 then we won't
1151                 // ever consume triggerRatio further on in this function, but let's
1152                 // just be defensive here; the triggerRatio being negative is almost
1153                 // certainly undesirable.
1154                 triggerRatio = 0
1155         }
1156         c.triggerRatio = triggerRatio
1157
1158         // Compute the absolute GC trigger from the trigger ratio.
1159         //
1160         // We trigger the next GC cycle when the allocated heap has
1161         // grown by the trigger ratio over the marked heap size.
1162         trigger := ^uint64(0)
1163         if gcPercent >= 0 {
1164                 trigger = uint64(float64(c.heapMarked) * (1 + triggerRatio))
1165                 // Don't trigger below the minimum heap size.
1166                 minTrigger := c.heapMinimum
1167                 if !isSweepDone() {
1168                         // Concurrent sweep happens in the heap growth
1169                         // from gcController.heapLive to trigger, so ensure
1170                         // that concurrent sweep has some heap growth
1171                         // in which to perform sweeping before we
1172                         // start the next GC cycle.
1173                         sweepMin := atomic.Load64(&c.heapLive) + sweepMinHeapDistance
1174                         if sweepMin > minTrigger {
1175                                 minTrigger = sweepMin
1176                         }
1177                 }
1178                 if trigger < minTrigger {
1179                         trigger = minTrigger
1180                 }
1181                 if int64(trigger) < 0 {
1182                         print("runtime: heapGoal=", c.heapGoal, " heapMarked=", c.heapMarked, " gcController.heapLive=", c.heapLive, " initialHeapLive=", work.initialHeapLive, "triggerRatio=", triggerRatio, " minTrigger=", minTrigger, "\n")
1183                         throw("trigger underflow")
1184                 }
1185                 if trigger > goal {
1186                         // The trigger ratio is always less than GOGC/100, but
1187                         // other bounds on the trigger may have raised it.
1188                         // Push up the goal, too.
1189                         goal = trigger
1190                 }
1191         }
1192
1193         // Commit to the trigger and goal.
1194         c.trigger = trigger
1195         atomic.Store64(&c.heapGoal, goal)
1196         if trace.enabled {
1197                 traceHeapGoal()
1198         }
1199
1200         // Update mark pacing.
1201         if gcphase != _GCoff {
1202                 c.revise()
1203         }
1204 }
1205
1206 // effectiveGrowthRatio returns the current effective heap growth
1207 // ratio (GOGC/100) based on heapMarked from the previous GC and
1208 // heapGoal for the current GC.
1209 //
1210 // This may differ from gcPercent/100 because of various upper and
1211 // lower bounds on gcPercent. For example, if the heap is smaller than
1212 // heapMinimum, this can be higher than gcPercent/100.
1213 //
1214 // mheap_.lock must be held or the world must be stopped.
1215 func (c *gcControllerState) effectiveGrowthRatio() float64 {
1216         if !c.test {
1217                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1218         }
1219
1220         egogc := float64(atomic.Load64(&c.heapGoal)-c.heapMarked) / float64(c.heapMarked)
1221         if egogc < 0 {
1222                 // Shouldn't happen, but just in case.
1223                 egogc = 0
1224         }
1225         return egogc
1226 }
1227
1228 // setGCPercent updates gcPercent and all related pacer state.
1229 // Returns the old value of gcPercent.
1230 //
1231 // Calls gcControllerState.commit.
1232 //
1233 // The world must be stopped, or mheap_.lock must be held.
1234 func (c *gcControllerState) setGCPercent(in int32) int32 {
1235         if !c.test {
1236                 assertWorldStoppedOrLockHeld(&mheap_.lock)
1237         }
1238
1239         out := c.gcPercent.Load()
1240         if in < 0 {
1241                 in = -1
1242         }
1243         c.heapMinimum = defaultHeapMinimum * uint64(in) / 100
1244         c.gcPercent.Store(in)
1245         // Update pacing in response to gcPercent change.
1246         c.commit(c.triggerRatio)
1247
1248         return out
1249 }
1250
1251 //go:linkname setGCPercent runtime/debug.setGCPercent
1252 func setGCPercent(in int32) (out int32) {
1253         // Run on the system stack since we grab the heap lock.
1254         systemstack(func() {
1255                 lock(&mheap_.lock)
1256                 out = gcController.setGCPercent(in)
1257                 gcPaceSweeper(gcController.trigger)
1258                 gcPaceScavenger(gcController.heapGoal, gcController.lastHeapGoal)
1259                 unlock(&mheap_.lock)
1260         })
1261
1262         // If we just disabled GC, wait for any concurrent GC mark to
1263         // finish so we always return with no GC running.
1264         if in < 0 {
1265                 gcWaitOnMark(atomic.Load(&work.cycles))
1266         }
1267
1268         return out
1269 }
1270
1271 func readGOGC() int32 {
1272         p := gogetenv("GOGC")
1273         if p == "off" {
1274                 return -1
1275         }
1276         if n, ok := atoi32(p); ok {
1277                 return n
1278         }
1279         return 100
1280 }
1281
1282 type piController struct {
1283         kp float64 // Proportional constant.
1284         ti float64 // Integral time constant.
1285         tt float64 // Reset time.
1286
1287         min, max float64 // Output boundaries.
1288
1289         // PI controller state.
1290
1291         errIntegral float64 // Integral of the error from t=0 to now.
1292
1293         // Error flags.
1294         errOverflow   bool // Set if errIntegral ever overflowed.
1295         inputOverflow bool // Set if an operation with the input overflowed.
1296 }
1297
1298 // next provides a new sample to the controller.
1299 //
1300 // input is the sample, setpoint is the desired point, and period is how much
1301 // time (in whatever unit makes the most sense) has passed since the last sample.
1302 //
1303 // Returns a new value for the variable it's controlling, and whether the operation
1304 // completed successfully. One reason this might fail is if error has been growing
1305 // in an unbounded manner, to the point of overflow.
1306 //
1307 // In the specific case of an error overflow occurs, the errOverflow field will be
1308 // set and the rest of the controller's internal state will be fully reset.
1309 func (c *piController) next(input, setpoint, period float64) (float64, bool) {
1310         // Compute the raw output value.
1311         prop := c.kp * (setpoint - input)
1312         rawOutput := prop + c.errIntegral
1313
1314         // Clamp rawOutput into output.
1315         output := rawOutput
1316         if isInf(output) || isNaN(output) {
1317                 // The input had a large enough magnitude that either it was already
1318                 // overflowed, or some operation with it overflowed.
1319                 // Set a flag and reset. That's the safest thing to do.
1320                 c.reset()
1321                 c.inputOverflow = true
1322                 return c.min, false
1323         }
1324         if output < c.min {
1325                 output = c.min
1326         } else if output > c.max {
1327                 output = c.max
1328         }
1329
1330         // Update the controller's state.
1331         if c.ti != 0 && c.tt != 0 {
1332                 c.errIntegral += (c.kp*period/c.ti)*(setpoint-input) + (period/c.tt)*(output-rawOutput)
1333                 if isInf(c.errIntegral) || isNaN(c.errIntegral) {
1334                         // So much error has accumulated that we managed to overflow.
1335                         // The assumptions around the controller have likely broken down.
1336                         // Set a flag and reset. That's the safest thing to do.
1337                         c.reset()
1338                         c.errOverflow = true
1339                         return c.min, false
1340                 }
1341         }
1342         return output, true
1343 }
1344
1345 // reset resets the controller state, except for controller error flags.
1346 func (c *piController) reset() {
1347         c.errIntegral = 0
1348 }