]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/commitdiff
Revert "runtime: redo heap bitmap"
authorKeith Randall <khr@google.com>
Tue, 9 Aug 2022 15:44:48 +0000 (15:44 +0000)
committerKeith Randall <khr@google.com>
Tue, 9 Aug 2022 16:10:10 +0000 (16:10 +0000)
This reverts commit b589208c8cc6e08239868f47e12c1449cd797bac.

Reason for revert: Bug somewhere in this code, causing wasm and maybe linux/386 to fail.

Change-Id: I5e1e501d839584e0219271bb937e94348f83c11f
Reviewed-on: https://go-review.googlesource.com/c/go/+/422395
Reviewed-by: Than McIntosh <thanm@google.com>
Run-TryBot: Keith Randall <khr@google.com>
Reviewed-by: Michael Knyszek <mknyszek@google.com>
TryBot-Result: Gopher Robot <gobot@golang.org>

12 files changed:
src/cmd/compile/internal/test/inl_test.go
src/reflect/all_test.go
src/runtime/cgocall.go
src/runtime/cgocheck.go
src/runtime/heapdump.go
src/runtime/malloc.go
src/runtime/mbitmap.go
src/runtime/mcache.go
src/runtime/mcentral.go
src/runtime/mgcmark.go
src/runtime/mheap.go
src/runtime/slice.go

index 9926985c58f461e8742ae3204d79f4b27b68cd2b..49ee88eaec2a6d6bfa6ed4371c404cd892ac72ec 100644 (file)
@@ -72,7 +72,11 @@ func TestIntendedInlining(t *testing.T) {
                        "cgoInRange",
                        "gclinkptr.ptr",
                        "guintptr.ptr",
-                       "writeHeapBitsForAddr",
+                       "heapBits.bits",
+                       "heapBits.isPointer",
+                       "heapBits.morePointers",
+                       "heapBits.next",
+                       "heapBitsForAddr",
                        "markBits.isMarked",
                        "muintptr.ptr",
                        "puintptr.ptr",
@@ -220,8 +224,6 @@ func TestIntendedInlining(t *testing.T) {
                // On loong64, mips64x and riscv64, Ctz64 is not intrinsified and causes nextFreeFast too expensive
                // to inline (Issue 22239).
                want["runtime"] = append(want["runtime"], "nextFreeFast")
-               // Same behavior for heapBits.nextFast.
-               want["runtime"] = append(want["runtime"], "heapBits.nextFast")
        }
        if runtime.GOARCH != "386" {
                // As explained above, Ctz64 and Ctz32 are not Go code on 386.
index aa620bf0ee0e5b944434fdfc5436ff370d35ec8a..0e493fb5e28dc24f2d534873f8ad403413241862 100644 (file)
@@ -6989,21 +6989,8 @@ func TestFuncLayout(t *testing.T) {
        }
 }
 
-// trimBitmap removes trailing 0 elements from b and returns the result.
-func trimBitmap(b []byte) []byte {
-       for len(b) > 0 && b[len(b)-1] == 0 {
-               b = b[:len(b)-1]
-       }
-       return b
-}
-
 func verifyGCBits(t *testing.T, typ Type, bits []byte) {
        heapBits := GCBits(New(typ).Interface())
-
-       // Trim scalars at the end, as bits might end in zero,
-       // e.g. with rep(2, lit(1, 0)).
-       bits = trimBitmap(bits)
-
        if !bytes.Equal(heapBits, bits) {
                _, _, line, _ := runtime.Caller(1)
                t.Errorf("line %d: heapBits incorrect for %v\nhave %v\nwant %v", line, typ, heapBits, bits)
@@ -7020,10 +7007,12 @@ func verifyGCBitsSlice(t *testing.T, typ Type, cap int, bits []byte) {
        heapBits := GCBits(data.Interface())
        // Repeat the bitmap for the slice size, trimming scalars in
        // the last element.
-       bits = trimBitmap(rep(cap, bits))
+       bits = rep(cap, bits)
+       for len(bits) > 0 && bits[len(bits)-1] == 0 {
+               bits = bits[:len(bits)-1]
+       }
        if !bytes.Equal(heapBits, bits) {
-               _, _, line, _ := runtime.Caller(1)
-               t.Errorf("line %d: heapBits incorrect for make(%v, 0, %v)\nhave %v\nwant %v", line, typ, cap, heapBits, bits)
+               t.Errorf("heapBits incorrect for make(%v, 0, %v)\nhave %v\nwant %v", typ, cap, heapBits, bits)
        }
 }
 
index dd9de9d247aff701bb4d6f7c5615da698305994e..892654ed5b1a4a551346e42dc4bd62ff4a0935fc 100644 (file)
@@ -568,16 +568,17 @@ func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
                if base == 0 {
                        return
                }
+               hbits := heapBitsForAddr(base)
                n := span.elemsize
-               hbits := heapBitsForAddr(base, n)
-               for {
-                       var addr uintptr
-                       if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
+               for i = uintptr(0); i < n; i += goarch.PtrSize {
+                       if !hbits.morePointers() {
+                               // No more possible pointers.
                                break
                        }
-                       if cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))) {
+                       if hbits.isPointer() && cgoIsGoPointer(*(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(base + i))) {
                                panic(errorString(msg))
                        }
+                       hbits = hbits.next()
                }
 
                return
index 84e7516758b1b03d002b987988c444a9df2ccffc..6b492093eacc09ac948329db84b64dbf992a55f2 100644 (file)
@@ -153,16 +153,16 @@ func cgoCheckTypedBlock(typ *_type, src unsafe.Pointer, off, size uintptr) {
 
        // src must be in the regular heap.
 
-       hbits := heapBitsForAddr(uintptr(src), size)
-       for {
-               var addr uintptr
-               if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
-                       break
-               }
-               v := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))
-               if cgoIsGoPointer(v) {
-                       throw(cgoWriteBarrierFail)
+       hbits := heapBitsForAddr(uintptr(src))
+       for i := uintptr(0); i < off+size; i += goarch.PtrSize {
+               bits := hbits.bits()
+               if i >= off && bits&bitPointer != 0 {
+                       v := *(*unsafe.Pointer)(add(src, i))
+                       if cgoIsGoPointer(v) {
+                               throw(cgoWriteBarrierFail)
+                       }
                }
+               hbits = hbits.next()
        }
 }
 
index 4123c5194cb63c3776dcf277ce21c1dd8a0e1db0..543efeded4f52ddbb40bc03c3e7f5307918610e5 100644 (file)
@@ -737,16 +737,16 @@ func makeheapobjbv(p uintptr, size uintptr) bitvector {
        for i := uintptr(0); i < nptr/8+1; i++ {
                tmpbuf[i] = 0
        }
-
-       hbits := heapBitsForAddr(p, size)
-       for {
-               var addr uintptr
-               hbits, addr = hbits.next()
-               if addr == 0 {
-                       break
+       i := uintptr(0)
+       hbits := heapBitsForAddr(p)
+       for ; i < nptr; i++ {
+               if !hbits.morePointers() {
+                       break // end of object
+               }
+               if hbits.isPointer() {
+                       tmpbuf[i/8] |= 1 << (i % 8)
                }
-               i := (addr - p) / goarch.PtrSize
-               tmpbuf[i/8] |= 1 << (i % 8)
+               hbits = hbits.next()
        }
-       return bitvector{int32(nptr), &tmpbuf[0]}
+       return bitvector{int32(i), &tmpbuf[0]}
 }
index 0219401c831e3a0f6591b328d7f059dc495b94be..b044e29d9581a414e00aa07a891d2277456b62dc 100644 (file)
@@ -247,15 +247,13 @@ const (
        // memory.
        heapArenaBytes = 1 << logHeapArenaBytes
 
-       heapArenaWords = heapArenaBytes / goarch.PtrSize
-
        // logHeapArenaBytes is log_2 of heapArenaBytes. For clarity,
        // prefer using heapArenaBytes where possible (we need the
        // constant to compute some other constants).
        logHeapArenaBytes = (6+20)*(_64bit*(1-goos.IsWindows)*(1-goarch.IsWasm)*(1-goos.IsIos*goarch.IsArm64)) + (2+20)*(_64bit*goos.IsWindows) + (2+20)*(1-_64bit) + (2+20)*goarch.IsWasm + (2+20)*goos.IsIos*goarch.IsArm64
 
-       // heapArenaBitmapWords is the size of each heap arena's bitmap in uintptrs.
-       heapArenaBitmapWords = heapArenaWords / (8 * goarch.PtrSize)
+       // heapArenaBitmapBytes is the size of each heap arena's bitmap.
+       heapArenaBitmapBytes = heapArenaBytes / (goarch.PtrSize * 8 / 2)
 
        pagesPerArena = heapArenaBytes / pageSize
 
@@ -355,10 +353,10 @@ func mallocinit() {
                throw("bad TinySizeClass")
        }
 
-       if heapArenaBitmapWords&(heapArenaBitmapWords-1) != 0 {
+       if heapArenaBitmapBytes&(heapArenaBitmapBytes-1) != 0 {
                // heapBits expects modular arithmetic on bitmap
                // addresses to work.
-               throw("heapArenaBitmapWords not a power of 2")
+               throw("heapArenaBitmapBytes not a power of 2")
        }
 
        // Check physPageSize.
index 1c7ae8a68e39db053efe62f7a429a1399cd986ae..fcf59b8b3c1743b49e145946dc3d6bcd12d3ee5e 100644 (file)
 //
 // Heap bitmap
 //
-// The heap bitmap comprises 1 bit for each pointer-sized word in the heap,
-// recording whether a pointer is stored in that word or not. This bitmap
-// is stored in the heapArena metadata backing each heap arena.
-// That is, if ha is the heapArena for the arena starting at "start",
-// then ha.bitmap[0] holds the 64 bits for the 64 words "start"
-// through start+63*ptrSize, ha.bitmap[1] holds the entries for
-// start+64*ptrSize through start+127*ptrSize, and so on.
-// Bits correspond to words in little-endian order. ha.bitmap[0]&1 represents
-// the word at "start", ha.bitmap[0]>>1&1 represents the word at start+8, etc.
-// (For 32-bit platforms, s/64/32/.)
+// The heap bitmap comprises 2 bits for each pointer-sized word in the heap,
+// stored in the heapArena metadata backing each heap arena.
+// That is, if ha is the heapArena for the arena starting a start,
+// then ha.bitmap[0] holds the 2-bit entries for the four words start
+// through start+3*ptrSize, ha.bitmap[1] holds the entries for
+// start+4*ptrSize through start+7*ptrSize, and so on.
 //
-// We also keep a noMorePtrs bitmap which allows us to stop scanning
-// the heap bitmap early in certain situations. If ha.noMorePtrs[i]>>j&1
-// is 1, then the object containing the last word described by ha.bitmap[8*i+j]
-// has no more pointers beyond those described by ha.bitmap[8*i+j].
-// If ha.noMorePtrs[i]>>j&1 is set, the entries in ha.bitmap[8*i+j+1] and
-// beyond must all be zero until the start of the next object.
+// In each 2-bit entry, the lower bit is a pointer/scalar bit, just
+// like in the stack/data bitmaps described above. The upper bit
+// indicates scan/dead: a "1" value ("scan") indicates that there may
+// be pointers in later words of the allocation, and a "0" value
+// ("dead") indicates there are no more pointers in the allocation. If
+// the upper bit is 0, the lower bit must also be 0, and this
+// indicates scanning can ignore the rest of the allocation.
 //
-// The bitmap for noscan spans is not maintained (can be junk). Code must
-// ensure that an object is scannable before consulting its bitmap by
+// The 2-bit entries are split when written into the byte, so that the top half
+// of the byte contains 4 high (scan) bits and the bottom half contains 4 low
+// (pointer) bits. This form allows a copy from the 1-bit to the 4-bit form to
+// keep the pointer bits contiguous, instead of having to space them out.
+//
+// The code makes use of the fact that the zero value for a heap
+// bitmap means scalar/dead. This property must be preserved when
+// modifying the encoding.
+//
+// The bitmap for noscan spans is not maintained. Code must ensure
+// that an object is scannable before consulting its bitmap by
 // checking either the noscan bit in the span or by consulting its
 // type's information.
-//
-// The bitmap for unallocated objects is also not maintained.
 
 package runtime
 
@@ -48,6 +52,18 @@ import (
        "unsafe"
 )
 
+const (
+       bitPointer = 1 << 0
+       bitScan    = 1 << 4
+
+       heapBitsShift      = 1     // shift offset between successive bitPointer or bitScan entries
+       wordsPerBitmapByte = 8 / 2 // heap words described by one bitmap byte
+
+       // all scan/pointer bits in a byte
+       bitScanAll    = bitScan | bitScan<<heapBitsShift | bitScan<<(2*heapBitsShift) | bitScan<<(3*heapBitsShift)
+       bitPointerAll = bitPointer | bitPointer<<heapBitsShift | bitPointer<<(2*heapBitsShift) | bitPointer<<(3*heapBitsShift)
+)
+
 // addb returns the byte pointer p+n.
 //
 //go:nowritebarrier
@@ -94,6 +110,21 @@ func subtract1(p *byte) *byte {
        return (*byte)(unsafe.Pointer(uintptr(unsafe.Pointer(p)) - 1))
 }
 
+// heapBits provides access to the bitmap bits for a single heap word.
+// The methods on heapBits take value receivers so that the compiler
+// can more easily inline calls to those methods and registerize the
+// struct fields independently.
+type heapBits struct {
+       bitp  *uint8
+       shift uint32
+       arena uint32 // Index of heap arena containing bitp
+       last  *uint8 // Last byte arena's bitmap
+}
+
+// Make the compiler check that heapBits.arena is large enough to hold
+// the maximum arena frame number.
+var _ = heapBits{arena: (1<<heapAddrBits)/heapArenaBytes - 1}
+
 // markBits provides access to the mark bit for an object in the heap.
 // bytep points to the byte holding the mark bit.
 // mask is a byte with a single bit set that can be &ed with *bytep
@@ -282,6 +313,32 @@ func (m *markBits) advance() {
        m.index++
 }
 
+// heapBitsForAddr returns the heapBits for the address addr.
+// The caller must ensure addr is in an allocated span.
+// In particular, be careful not to point past the end of an object.
+//
+// nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
+//
+//go:nosplit
+func heapBitsForAddr(addr uintptr) (h heapBits) {
+       // 2 bits per word, 4 pairs per byte, and a mask is hard coded.
+       arena := arenaIndex(addr)
+       ha := mheap_.arenas[arena.l1()][arena.l2()]
+       // The compiler uses a load for nil checking ha, but in this
+       // case we'll almost never hit that cache line again, so it
+       // makes more sense to do a value check.
+       if ha == nil {
+               // addr is not in the heap. Return nil heapBits, which
+               // we expect to crash in the caller.
+               return
+       }
+       h.bitp = &ha.bitmap[(addr/(goarch.PtrSize*4))%heapArenaBitmapBytes]
+       h.shift = uint32((addr / goarch.PtrSize) & 3)
+       h.arena = uint32(arena)
+       h.last = &ha.bitmap[len(ha.bitmap)-1]
+       return
+}
+
 // clobberdeadPtr is a special value that is used by the compiler to
 // clobber dead stack slots, when -clobberdead flag is set.
 const clobberdeadPtr = uintptr(0xdeaddead | 0xdeaddead<<((^uintptr(0)>>63)*32))
@@ -376,132 +433,121 @@ func reflect_verifyNotInHeapPtr(p uintptr) bool {
        return spanOf(p) == nil && p != clobberdeadPtr
 }
 
-const ptrBits = 8 * goarch.PtrSize
-
-// heapBits provides access to the bitmap bits for a single heap word.
-// The methods on heapBits take value receivers so that the compiler
-// can more easily inline calls to those methods and registerize the
-// struct fields independently.
-type heapBits struct {
-       // heapBits will report on pointers in the range [addr,addr+size).
-       // The low bit of mask contains the pointerness of the word at addr
-       // (assuming valid>0).
-       addr, size uintptr
-
-       // The next few pointer bits representing words starting at addr.
-       // Those bits already returned by next() are zeroed.
-       mask uintptr
-       // Number of bits in mask that are valid. mask is always less than 1<<valid.
-       valid uintptr
-}
-
-// heapBitsForAddr returns the heapBits for the address addr.
-// The caller must ensure [addr,addr+size) is in an allocated span.
-// In particular, be careful not to point past the end of an object.
+// next returns the heapBits describing the next pointer-sized word in memory.
+// That is, if h describes address p, h.next() describes p+ptrSize.
+// Note that next does not modify h. The caller must record the result.
 //
 // nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
 //
 //go:nosplit
-func heapBitsForAddr(addr, size uintptr) heapBits {
-       // Find arena
-       ai := arenaIndex(addr)
-       ha := mheap_.arenas[ai.l1()][ai.l2()]
-
-       // Word index in arena.
-       word := addr / goarch.PtrSize % heapArenaWords
-
-       // Word index and bit offset in bitmap array.
-       idx := word / ptrBits
-       off := word % ptrBits
-
-       // Grab relevant bits of bitmap.
-       mask := ha.bitmap[idx] >> off
-       valid := ptrBits - off
-
-       // Process depending on where the object ends.
-       nptr := size / goarch.PtrSize
-       if nptr < valid {
-               // Bits for this object end before the end of this bitmap word.
-               // Squash bits for the following objects.
-               mask &= 1<<(nptr&(ptrBits-1)) - 1
-               valid = nptr
-       } else if nptr == valid {
-               // Bits for this object end at exactly the end of this bitmap word.
-               // All good.
+func (h heapBits) next() heapBits {
+       if h.shift < 3*heapBitsShift {
+               h.shift += heapBitsShift
+       } else if h.bitp != h.last {
+               h.bitp, h.shift = add1(h.bitp), 0
        } else {
-               // Bits for this object extend into the next bitmap word. See if there
-               // may be any pointers recorded there.
-               if uintptr(ha.noMorePtrs[idx/8])>>(idx%8)&1 != 0 {
-                       // No more pointers in this object after this bitmap word.
-                       // Update size so we know not to look there.
-                       size = valid * goarch.PtrSize
-               }
+               // Move to the next arena.
+               return h.nextArena()
        }
-
-       return heapBits{addr: addr, size: size, mask: mask, valid: valid}
+       return h
 }
 
-// Returns the (absolute) address of the next known pointer and
-// a heapBits iterator representing any remaining pointers.
-// If there are no more pointers, returns address 0.
-// Note that next does not modify h. The caller must record the result.
+// nextArena advances h to the beginning of the next heap arena.
 //
-// nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
+// This is a slow-path helper to next. gc's inliner knows that
+// heapBits.next can be inlined even though it calls this. This is
+// marked noinline so it doesn't get inlined into next and cause next
+// to be too big to inline.
 //
 //go:nosplit
-func (h heapBits) next() (heapBits, uintptr) {
-       for {
-               if h.mask != 0 {
-                       var i int
-                       if goarch.PtrSize == 8 {
-                               i = sys.Ctz64(uint64(h.mask))
-                       } else {
-                               i = sys.Ctz32(uint32(h.mask))
-                       }
-                       h.mask ^= uintptr(1) << (i & (ptrBits - 1))
-                       return h, h.addr + uintptr(i)*goarch.PtrSize
-               }
-
-               // Skip words that we've already processed.
-               h.addr += h.valid * goarch.PtrSize
-               h.size -= h.valid * goarch.PtrSize
-               if h.size == 0 {
-                       return h, 0 // no more pointers
-               }
-
-               // Grab more bits and try again.
-               h = heapBitsForAddr(h.addr, h.size)
+//go:noinline
+func (h heapBits) nextArena() heapBits {
+       h.arena++
+       ai := arenaIdx(h.arena)
+       l2 := mheap_.arenas[ai.l1()]
+       if l2 == nil {
+               // We just passed the end of the object, which
+               // was also the end of the heap. Poison h. It
+               // should never be dereferenced at this point.
+               return heapBits{}
+       }
+       ha := l2[ai.l2()]
+       if ha == nil {
+               return heapBits{}
        }
+       h.bitp, h.shift = &ha.bitmap[0], 0
+       h.last = &ha.bitmap[len(ha.bitmap)-1]
+       return h
 }
 
-// nextFast is like next, but can return 0 even when there are more pointers
-// to be found. Callers should call next if nextFast returns 0 as its second
-// return value.
-//     if addr, h = h.nextFast(); addr == 0 {
-//         if addr, h = h.next(); addr == 0 {
-//             ... no more pointers ...
-//         }
-//     }
-//     ... process pointer at addr ...
-// nextFast is designed to be inlineable.
+// forward returns the heapBits describing n pointer-sized words ahead of h in memory.
+// That is, if h describes address p, h.forward(n) describes p+n*ptrSize.
+// h.forward(1) is equivalent to h.next(), just slower.
+// Note that forward does not modify h. The caller must record the result.
+// bits returns the heap bits for the current word.
 //
 //go:nosplit
-func (h heapBits) nextFast() (heapBits, uintptr) {
-       // TESTQ/JEQ
-       if h.mask == 0 {
-               return h, 0
+func (h heapBits) forward(n uintptr) heapBits {
+       n += uintptr(h.shift) / heapBitsShift
+       nbitp := uintptr(unsafe.Pointer(h.bitp)) + n/4
+       h.shift = uint32(n%4) * heapBitsShift
+       if nbitp <= uintptr(unsafe.Pointer(h.last)) {
+               h.bitp = (*uint8)(unsafe.Pointer(nbitp))
+               return h
        }
-       // BSFQ
-       var i int
-       if goarch.PtrSize == 8 {
-               i = sys.Ctz64(uint64(h.mask))
+
+       // We're in a new heap arena.
+       past := nbitp - (uintptr(unsafe.Pointer(h.last)) + 1)
+       h.arena += 1 + uint32(past/heapArenaBitmapBytes)
+       ai := arenaIdx(h.arena)
+       if l2 := mheap_.arenas[ai.l1()]; l2 != nil && l2[ai.l2()] != nil {
+               a := l2[ai.l2()]
+               h.bitp = &a.bitmap[past%heapArenaBitmapBytes]
+               h.last = &a.bitmap[len(a.bitmap)-1]
        } else {
-               i = sys.Ctz32(uint32(h.mask))
+               h.bitp, h.last = nil, nil
+       }
+       return h
+}
+
+// forwardOrBoundary is like forward, but stops at boundaries between
+// contiguous sections of the bitmap. It returns the number of words
+// advanced over, which will be <= n.
+func (h heapBits) forwardOrBoundary(n uintptr) (heapBits, uintptr) {
+       maxn := 4 * ((uintptr(unsafe.Pointer(h.last)) + 1) - uintptr(unsafe.Pointer(h.bitp)))
+       if n > maxn {
+               n = maxn
        }
-       // BTCQ
-       h.mask ^= uintptr(1) << (i & (ptrBits - 1))
-       // LEAQ (XX)(XX*8)
-       return h, h.addr + uintptr(i)*goarch.PtrSize
+       return h.forward(n), n
+}
+
+// The caller can test morePointers and isPointer by &-ing with bitScan and bitPointer.
+// The result includes in its higher bits the bits for subsequent words
+// described by the same bitmap byte.
+//
+// nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
+//
+//go:nosplit
+func (h heapBits) bits() uint32 {
+       // The (shift & 31) eliminates a test and conditional branch
+       // from the generated code.
+       return uint32(*h.bitp) >> (h.shift & 31)
+}
+
+// morePointers reports whether this word and all remaining words in this object
+// are scalars.
+// h must not describe the second word of the object.
+func (h heapBits) morePointers() bool {
+       return h.bits()&bitScan != 0
+}
+
+// isPointer reports whether the heap bits describe a pointer word.
+//
+// nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
+//
+//go:nosplit
+func (h heapBits) isPointer() bool {
+       return h.bits()&bitPointer != 0
 }
 
 // bulkBarrierPreWrite executes a write barrier
@@ -565,29 +611,27 @@ func bulkBarrierPreWrite(dst, src, size uintptr) {
        }
 
        buf := &getg().m.p.ptr().wbBuf
-       h := heapBitsForAddr(dst, size)
+       h := heapBitsForAddr(dst)
        if src == 0 {
-               for {
-                       var addr uintptr
-                       if h, addr = h.next(); addr == 0 {
-                               break
-                       }
-                       dstx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addr))
-                       if !buf.putFast(*dstx, 0) {
-                               wbBufFlush(nil, 0)
+               for i := uintptr(0); i < size; i += goarch.PtrSize {
+                       if h.isPointer() {
+                               dstx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(dst + i))
+                               if !buf.putFast(*dstx, 0) {
+                                       wbBufFlush(nil, 0)
+                               }
                        }
+                       h = h.next()
                }
        } else {
-               for {
-                       var addr uintptr
-                       if h, addr = h.next(); addr == 0 {
-                               break
-                       }
-                       dstx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addr))
-                       srcx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(src + (addr - dst)))
-                       if !buf.putFast(*dstx, *srcx) {
-                               wbBufFlush(nil, 0)
+               for i := uintptr(0); i < size; i += goarch.PtrSize {
+                       if h.isPointer() {
+                               dstx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(dst + i))
+                               srcx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(src + i))
+                               if !buf.putFast(*dstx, *srcx) {
+                                       wbBufFlush(nil, 0)
+                               }
                        }
+                       h = h.next()
                }
        }
 }
@@ -610,16 +654,15 @@ func bulkBarrierPreWriteSrcOnly(dst, src, size uintptr) {
                return
        }
        buf := &getg().m.p.ptr().wbBuf
-       h := heapBitsForAddr(dst, size)
-       for {
-               var addr uintptr
-               if h, addr = h.next(); addr == 0 {
-                       break
-               }
-               srcx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addr - dst + src))
-               if !buf.putFast(0, *srcx) {
-                       wbBufFlush(nil, 0)
+       h := heapBitsForAddr(dst)
+       for i := uintptr(0); i < size; i += goarch.PtrSize {
+               if h.isPointer() {
+                       srcx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(src + i))
+                       if !buf.putFast(0, *srcx) {
+                               wbBufFlush(nil, 0)
+                       }
                }
+               h = h.next()
        }
 }
 
@@ -716,21 +759,43 @@ func typeBitsBulkBarrier(typ *_type, dst, src, size uintptr) {
        }
 }
 
-// initHeapBits initializes the heap bitmap for a span.
-// If this is a span of single pointer allocations, it initializes all
-// words to pointer.
-func (s *mspan) initHeapBits() {
-       isPtrs := goarch.PtrSize == 8 && s.elemsize == goarch.PtrSize
-       if !isPtrs {
-               return // nothing to do
+// The methods operating on spans all require that h has been returned
+// by heapBitsForSpan and that size, n, total are the span layout description
+// returned by the mspan's layout method.
+// If total > size*n, it means that there is extra leftover memory in the span,
+// usually due to rounding.
+//
+// TODO(rsc): Perhaps introduce a different heapBitsSpan type.
+
+// initSpan initializes the heap bitmap for a span.
+// If this is a span of pointer-sized objects, it initializes all
+// words to pointer/scan.
+// Otherwise, it initializes all words to scalar/dead.
+func (h heapBits) initSpan(s *mspan) {
+       // Clear bits corresponding to objects.
+       nw := (s.npages << _PageShift) / goarch.PtrSize
+       if nw%wordsPerBitmapByte != 0 {
+               throw("initSpan: unaligned length")
        }
-       h := writeHeapBitsForAddr(s.base())
-       size := s.npages * pageSize
-       nptrs := size / goarch.PtrSize
-       for i := uintptr(0); i < nptrs; i += ptrBits {
-               h = h.write(^uintptr(0), ptrBits)
+       if h.shift != 0 {
+               throw("initSpan: unaligned base")
+       }
+       isPtrs := goarch.PtrSize == 8 && s.elemsize == goarch.PtrSize
+       for nw > 0 {
+               hNext, anw := h.forwardOrBoundary(nw)
+               nbyte := anw / wordsPerBitmapByte
+               if isPtrs {
+                       bitp := h.bitp
+                       for i := uintptr(0); i < nbyte; i++ {
+                               *bitp = bitPointerAll | bitScanAll
+                               bitp = add1(bitp)
+                       }
+               } else {
+                       memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(h.bitp), nbyte)
+               }
+               h = hNext
+               nw -= anw
        }
-       h.flush(s.base(), size)
 }
 
 // countAlloc returns the number of objects allocated in span s by
@@ -753,146 +818,6 @@ func (s *mspan) countAlloc() int {
        return count
 }
 
-type writeHeapBits struct {
-       addr  uintptr // address that the low bit of mask represents the pointer state of.
-       mask  uintptr // some pointer bits starting at the address addr.
-       valid uintptr // number of bits in buf that are valid (including low)
-       low   uintptr // number of low-order bits to not overwrite
-}
-
-func writeHeapBitsForAddr(addr uintptr) (h writeHeapBits) {
-       // We start writing bits maybe in the middle of a heap bitmap word.
-       // Remember how many bits into the word we started, so we can be sure
-       // not to overwrite the previous bits.
-       h.low = addr / goarch.PtrSize % ptrBits
-
-       // round down to heap word that starts the bitmap word.
-       h.addr = addr - h.low*goarch.PtrSize
-
-       // We don't have any bits yet.
-       h.mask = 0
-       h.valid = h.low
-
-       return
-}
-
-// write appends the pointerness of the next valid pointer slots
-// using the low valid bits of bits. 1=pointer, 0=scalar.
-func (h writeHeapBits) write(bits, valid uintptr) writeHeapBits {
-       if h.valid+valid <= ptrBits {
-               // Fast path - just accumulate the bits.
-               h.mask |= bits << h.valid
-               h.valid += valid
-               return h
-       }
-       // Too many bits to fit in this word. Write the current word
-       // out and move on to the next word.
-
-       data := h.mask | bits<<h.valid       // mask for this word
-       h.mask = bits >> (ptrBits - h.valid) // leftover for next word
-       h.valid += valid - ptrBits           // have h.valid+valid bits, writing ptrBits of them
-
-       // Flush mask to the memory bitmap.
-       // TODO: figure out how to cache arena lookup.
-       ai := arenaIndex(h.addr)
-       ha := mheap_.arenas[ai.l1()][ai.l2()]
-       idx := h.addr / (ptrBits * goarch.PtrSize) % heapArenaBitmapWords
-       m := uintptr(1)<<h.low - 1
-       ha.bitmap[idx] = ha.bitmap[idx]&m | data
-       // Note: no synchronization required for this write because
-       // the allocator has exclusive access to the page, and the bitmap
-       // entries are all for a single page. Also, visibility of these
-       // writes is guaranteed by the publication barrier in mallocgc.
-
-       // Clear noMorePtrs bit, since we're going to be writing bits
-       // into the following word.
-       ha.noMorePtrs[idx/8] &^= uint8(1) << (idx % 8)
-       // Note: same as above
-
-       // Move to next word of bitmap.
-       h.addr += ptrBits * goarch.PtrSize
-       h.low = 0
-       return h
-}
-
-// Add padding of size bytes.
-func (h writeHeapBits) pad(size uintptr) writeHeapBits {
-       if size == 0 {
-               return h
-       }
-       words := size / goarch.PtrSize
-       for words > ptrBits {
-               h = h.write(0, ptrBits)
-               words -= ptrBits
-       }
-       return h.write(0, words)
-}
-
-// Flush the bits that have been written, and add zeros as needed
-// to cover the full object [addr, addr+size).
-func (h writeHeapBits) flush(addr, size uintptr) {
-       // zeros counts the number of bits needed to represent the object minus the
-       // number of bits we've already written. This is the number of 0 bits
-       // that need to be added.
-       zeros := (addr+size-h.addr)/goarch.PtrSize - h.valid
-
-       // Add zero bits up to the bitmap word boundary
-       if zeros > 0 {
-               z := ptrBits - h.valid
-               if z > zeros {
-                       z = zeros
-               }
-               h.valid += z
-               zeros -= z
-       }
-
-       // Find word in bitmap that we're going to write.
-       ai := arenaIndex(h.addr)
-       ha := mheap_.arenas[ai.l1()][ai.l2()]
-       idx := h.addr / (ptrBits * goarch.PtrSize) % heapArenaBitmapWords
-
-       // Write remaining bits.
-       if h.valid != h.low {
-               m := uintptr(1)<<h.low - 1      // don't clear existing bits below "low"
-               m |= ^(uintptr(1)<<h.valid - 1) // don't clear existing bits above "valid"
-               ha.bitmap[idx] = ha.bitmap[idx]&m | h.mask
-       }
-       if zeros == 0 {
-               return
-       }
-
-       // Record in the noMorePtrs map that there won't be any more 1 bits,
-       // so readers can stop early.
-       ha.noMorePtrs[idx/8] |= uint8(1) << (idx % 8)
-
-       // Advance to next bitmap word.
-       h.addr += ptrBits * goarch.PtrSize
-
-       // Continue on writing zeros for the rest of the object.
-       // For standard use of the ptr bits this is not required, as
-       // the bits are read from the beginning of the object. Some uses,
-       // like oblets, bulk write barriers, and cgocheck, might
-       // start mid-object, so these writes are still required.
-       for {
-               // Write zero bits.
-               ai := arenaIndex(h.addr)
-               ha := mheap_.arenas[ai.l1()][ai.l2()]
-               idx := h.addr / (ptrBits * goarch.PtrSize) % heapArenaBitmapWords
-               if zeros < ptrBits {
-                       ha.bitmap[idx] &^= uintptr(1)<<zeros - 1
-                       break
-               } else if zeros == ptrBits {
-                       ha.bitmap[idx] = 0
-                       break
-               } else {
-                       ha.bitmap[idx] = 0
-                       zeros -= ptrBits
-               }
-               ha.noMorePtrs[idx/8] |= uint8(1) << (idx % 8)
-               h.addr += ptrBits * goarch.PtrSize
-       }
-}
-
 // heapBitsSetType records that the new allocation [x, x+size)
 // holds in [x, x+dataSize) one or more values of type typ.
 // (The number of values is given by dataSize / typ.size.)
@@ -904,7 +829,7 @@ func (h writeHeapBits) flush(addr, size uintptr) {
 // heapBitsSweepSpan.
 //
 // There can only be one allocation from a given span active at a time,
-// and the bitmap for a span always falls on word boundaries,
+// and the bitmap for a span always falls on byte boundaries,
 // so there are no write-write races for access to the heap bitmap.
 // Hence, heapBitsSetType can access the bitmap without atomics.
 //
@@ -917,11 +842,21 @@ func (h writeHeapBits) flush(addr, size uintptr) {
 // machines, callers must execute a store/store (publication) barrier
 // between calling this function and making the object reachable.
 func heapBitsSetType(x, size, dataSize uintptr, typ *_type) {
-       const doubleCheck = true // slow but helpful; enable to test modifications to this code
-
-       if doubleCheck && dataSize%typ.size != 0 {
-               throw("heapBitsSetType: dataSize not a multiple of typ.size")
-       }
+       const doubleCheck = false // slow but helpful; enable to test modifications to this code
+
+       const (
+               mask1 = bitPointer | bitScan                        // 00010001
+               mask2 = bitPointer | bitScan | mask1<<heapBitsShift // 00110011
+               mask3 = bitPointer | bitScan | mask2<<heapBitsShift // 01110111
+       )
+
+       // dataSize is always size rounded up to the next malloc size class,
+       // except in the case of allocating a defer block, in which case
+       // size is sizeof(_defer{}) (at least 6 words) and dataSize may be
+       // arbitrarily larger.
+       //
+       // The checks for size == goarch.PtrSize and size == 2*goarch.PtrSize can therefore
+       // assume that dataSize == size without checking it explicitly.
 
        if goarch.PtrSize == 8 && size == goarch.PtrSize {
                // It's one word and it has pointers, it must be a pointer.
@@ -929,50 +864,189 @@ func heapBitsSetType(x, size, dataSize uintptr, typ *_type) {
                // (non-pointers are aggregated into tinySize allocations),
                // initSpan sets the pointer bits for us. Nothing to do here.
                if doubleCheck {
-                       h, addr := heapBitsForAddr(x, size).next()
-                       if addr != x {
+                       h := heapBitsForAddr(x)
+                       if !h.isPointer() {
                                throw("heapBitsSetType: pointer bit missing")
                        }
-                       _, addr = h.next()
-                       if addr != 0 {
-                               throw("heapBitsSetType: second pointer bit found")
+                       if !h.morePointers() {
+                               throw("heapBitsSetType: scan bit missing")
                        }
                }
                return
        }
 
-       h := writeHeapBitsForAddr(x)
-
-       // Handle GC program.
-       if typ.kind&kindGCProg != 0 {
-               // Expand the gc program into the storage we're going to use for the actual object.
-               obj := (*uint8)(unsafe.Pointer(x))
-               n := runGCProg(addb(typ.gcdata, 4), obj)
-               // Use the expanded program to set the heap bits.
-               for i := uintptr(0); true; i += typ.size {
-                       // Copy expanded program to heap bitmap.
-                       p := obj
-                       j := n
-                       for j > 8 {
-                               h = h.write(uintptr(*p), 8)
-                               p = add1(p)
-                               j -= 8
+       h := heapBitsForAddr(x)
+       ptrmask := typ.gcdata // start of 1-bit pointer mask (or GC program, handled below)
+
+       // 2-word objects only have 4 bitmap bits and 3-word objects only have 6 bitmap bits.
+       // Therefore, these objects share a heap bitmap byte with the objects next to them.
+       // These are called out as a special case primarily so the code below can assume all
+       // objects are at least 4 words long and that their bitmaps start either at the beginning
+       // of a bitmap byte, or half-way in (h.shift of 0 and 2 respectively).
+
+       if size == 2*goarch.PtrSize {
+               if typ.size == goarch.PtrSize {
+                       // We're allocating a block big enough to hold two pointers.
+                       // On 64-bit, that means the actual object must be two pointers,
+                       // or else we'd have used the one-pointer-sized block.
+                       // On 32-bit, however, this is the 8-byte block, the smallest one.
+                       // So it could be that we're allocating one pointer and this was
+                       // just the smallest block available. Distinguish by checking dataSize.
+                       // (In general the number of instances of typ being allocated is
+                       // dataSize/typ.size.)
+                       if goarch.PtrSize == 4 && dataSize == goarch.PtrSize {
+                               // 1 pointer object. On 32-bit machines clear the bit for the
+                               // unused second word.
+                               *h.bitp &^= (bitPointer | bitScan | (bitPointer|bitScan)<<heapBitsShift) << h.shift
+                               *h.bitp |= (bitPointer | bitScan) << h.shift
+                       } else {
+                               // 2-element array of pointer.
+                               *h.bitp |= (bitPointer | bitScan | (bitPointer|bitScan)<<heapBitsShift) << h.shift
                        }
-                       h = h.write(uintptr(*p), j)
-
-                       if i+typ.size == dataSize {
-                               break // no padding after last element
+                       return
+               }
+               // Otherwise typ.size must be 2*goarch.PtrSize,
+               // and typ.kind&kindGCProg == 0.
+               if doubleCheck {
+                       if typ.size != 2*goarch.PtrSize || typ.kind&kindGCProg != 0 {
+                               print("runtime: heapBitsSetType size=", size, " but typ.size=", typ.size, " gcprog=", typ.kind&kindGCProg != 0, "\n")
+                               throw("heapBitsSetType")
                        }
+               }
+               b := uint32(*ptrmask)
+               hb := b & 3
+               hb |= bitScanAll & ((bitScan << (typ.ptrdata / goarch.PtrSize)) - 1)
+               // Clear the bits for this object so we can set the
+               // appropriate ones.
+               *h.bitp &^= (bitPointer | bitScan | ((bitPointer | bitScan) << heapBitsShift)) << h.shift
+               *h.bitp |= uint8(hb << h.shift)
+               return
+       } else if size == 3*goarch.PtrSize {
+               b := uint8(*ptrmask)
+               if doubleCheck {
+                       if b == 0 {
+                               println("runtime: invalid type ", typ.string())
+                               throw("heapBitsSetType: called with non-pointer type")
+                       }
+                       if goarch.PtrSize != 8 {
+                               throw("heapBitsSetType: unexpected 3 pointer wide size class on 32 bit")
+                       }
+                       if typ.kind&kindGCProg != 0 {
+                               throw("heapBitsSetType: unexpected GC prog for 3 pointer wide size class")
+                       }
+                       if typ.size == 2*goarch.PtrSize {
+                               print("runtime: heapBitsSetType size=", size, " but typ.size=", typ.size, "\n")
+                               throw("heapBitsSetType: inconsistent object sizes")
+                       }
+               }
+               if typ.size == goarch.PtrSize {
+                       // The type contains a pointer otherwise heapBitsSetType wouldn't have been called.
+                       // Since the type is only 1 pointer wide and contains a pointer, its gcdata must be exactly 1.
+                       if doubleCheck && *typ.gcdata != 1 {
+                               print("runtime: heapBitsSetType size=", size, " typ.size=", typ.size, "but *typ.gcdata", *typ.gcdata, "\n")
+                               throw("heapBitsSetType: unexpected gcdata for 1 pointer wide type size in 3 pointer wide size class")
+                       }
+                       // 3 element array of pointers. Unrolling ptrmask 3 times into p yields 00000111.
+                       b = 7
+               }
 
-                       // Pad with zeros to the start of the next element.
-                       h = h.pad(typ.size - n*goarch.PtrSize)
+               hb := b & 7
+               // Set bitScan bits for all pointers.
+               hb |= hb << wordsPerBitmapByte
+               // First bitScan bit is always set since the type contains pointers.
+               hb |= bitScan
+               // Second bitScan bit needs to also be set if the third bitScan bit is set.
+               hb |= hb & (bitScan << (2 * heapBitsShift)) >> 1
+
+               // For h.shift > 1 heap bits cross a byte boundary and need to be written part
+               // to h.bitp and part to the next h.bitp.
+               switch h.shift {
+               case 0:
+                       *h.bitp &^= mask3 << 0
+                       *h.bitp |= hb << 0
+               case 1:
+                       *h.bitp &^= mask3 << 1
+                       *h.bitp |= hb << 1
+               case 2:
+                       *h.bitp &^= mask2 << 2
+                       *h.bitp |= (hb & mask2) << 2
+                       // Two words written to the first byte.
+                       // Advance two words to get to the next byte.
+                       h = h.next().next()
+                       *h.bitp &^= mask1
+                       *h.bitp |= (hb >> 2) & mask1
+               case 3:
+                       *h.bitp &^= mask1 << 3
+                       *h.bitp |= (hb & mask1) << 3
+                       // One word written to the first byte.
+                       // Advance one word to get to the next byte.
+                       h = h.next()
+                       *h.bitp &^= mask2
+                       *h.bitp |= (hb >> 1) & mask2
                }
+               return
+       }
 
-               h.flush(x, size)
+       // Copy from 1-bit ptrmask into 2-bit bitmap.
+       // The basic approach is to use a single uintptr as a bit buffer,
+       // alternating between reloading the buffer and writing bitmap bytes.
+       // In general, one load can supply two bitmap byte writes.
+       // This is a lot of lines of code, but it compiles into relatively few
+       // machine instructions.
+
+       outOfPlace := false
+       if arenaIndex(x+size-1) != arenaIdx(h.arena) || (doubleCheck && fastrandn(2) == 0) {
+               // This object spans heap arenas, so the bitmap may be
+               // discontiguous. Unroll it into the object instead
+               // and then copy it out.
+               //
+               // In doubleCheck mode, we randomly do this anyway to
+               // stress test the bitmap copying path.
+               outOfPlace = true
+               h.bitp = (*uint8)(unsafe.Pointer(x))
+               h.last = nil
+       }
 
-               // Erase the expanded GC program.
-               memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(obj), (n+7)/8)
-               return
+       var (
+               // Ptrmask input.
+               p     *byte   // last ptrmask byte read
+               b     uintptr // ptrmask bits already loaded
+               nb    uintptr // number of bits in b at next read
+               endp  *byte   // final ptrmask byte to read (then repeat)
+               endnb uintptr // number of valid bits in *endp
+               pbits uintptr // alternate source of bits
+
+               // Heap bitmap output.
+               w     uintptr // words processed
+               nw    uintptr // number of words to process
+               hbitp *byte   // next heap bitmap byte to write
+               hb    uintptr // bits being prepared for *hbitp
+       )
+
+       hbitp = h.bitp
+
+       // Handle GC program. Delayed until this part of the code
+       // so that we can use the same double-checking mechanism
+       // as the 1-bit case. Nothing above could have encountered
+       // GC programs: the cases were all too small.
+       if typ.kind&kindGCProg != 0 {
+               heapBitsSetTypeGCProg(h, typ.ptrdata, typ.size, dataSize, size, addb(typ.gcdata, 4))
+               if doubleCheck {
+                       // Double-check the heap bits written by GC program
+                       // by running the GC program to create a 1-bit pointer mask
+                       // and then jumping to the double-check code below.
+                       // This doesn't catch bugs shared between the 1-bit and 4-bit
+                       // GC program execution, but it does catch mistakes specific
+                       // to just one of those and bugs in heapBitsSetTypeGCProg's
+                       // implementation of arrays.
+                       lock(&debugPtrmask.lock)
+                       if debugPtrmask.data == nil {
+                               debugPtrmask.data = (*byte)(persistentalloc(1<<20, 1, &memstats.other_sys))
+                       }
+                       ptrmask = debugPtrmask.data
+                       runGCProg(addb(typ.gcdata, 4), nil, ptrmask, 1)
+               }
+               goto Phase4
        }
 
        // Note about sizes:
@@ -987,52 +1061,424 @@ func heapBitsSetType(x, size, dataSize uintptr, typ *_type) {
        // to scan the buffer's heap bitmap at all.
        // The 1-bit ptrmasks are sized to contain only bits for
        // the typ.ptrdata prefix, zero padded out to a full byte
-       // of bitmap. If there is more room in the allocated object,
-       // that space is pointerless. The noMorePtrs bitmap will prevent
-       // scanning large pointerless tails of an object.
+       // of bitmap. This code sets nw (below) so that heap bitmap
+       // bits are only written for the typ.ptrdata prefix; if there is
+       // more room in the allocated object, the next heap bitmap
+       // entry is a 00, indicating that there are no more pointers
+       // to scan. So only the ptrmask for the ptrdata bytes is needed.
        //
        // Replicated copies are not as nice: if there is an array of
        // objects with scalar tails, all but the last tail does have to
        // be initialized, because there is no way to say "skip forward".
+       // However, because of the possibility of a repeated type with
+       // size not a multiple of 4 pointers (one heap bitmap byte),
+       // the code already must handle the last ptrmask byte specially
+       // by treating it as containing only the bits for endnb pointers,
+       // where endnb <= 4. We represent large scalar tails that must
+       // be expanded in the replication by setting endnb larger than 4.
+       // This will have the effect of reading many bits out of b,
+       // but once the real bits are shifted out, b will supply as many
+       // zero bits as we try to read, which is exactly what we need.
+
+       p = ptrmask
+       if typ.size < dataSize {
+               // Filling in bits for an array of typ.
+               // Set up for repetition of ptrmask during main loop.
+               // Note that ptrmask describes only a prefix of
+               const maxBits = goarch.PtrSize*8 - 7
+               if typ.ptrdata/goarch.PtrSize <= maxBits {
+                       // Entire ptrmask fits in uintptr with room for a byte fragment.
+                       // Load into pbits and never read from ptrmask again.
+                       // This is especially important when the ptrmask has
+                       // fewer than 8 bits in it; otherwise the reload in the middle
+                       // of the Phase 2 loop would itself need to loop to gather
+                       // at least 8 bits.
+
+                       // Accumulate ptrmask into b.
+                       // ptrmask is sized to describe only typ.ptrdata, but we record
+                       // it as describing typ.size bytes, since all the high bits are zero.
+                       nb = typ.ptrdata / goarch.PtrSize
+                       for i := uintptr(0); i < nb; i += 8 {
+                               b |= uintptr(*p) << i
+                               p = add1(p)
+                       }
+                       nb = typ.size / goarch.PtrSize
+
+                       // Replicate ptrmask to fill entire pbits uintptr.
+                       // Doubling and truncating is fewer steps than
+                       // iterating by nb each time. (nb could be 1.)
+                       // Since we loaded typ.ptrdata/goarch.PtrSize bits
+                       // but are pretending to have typ.size/goarch.PtrSize,
+                       // there might be no replication necessary/possible.
+                       pbits = b
+                       endnb = nb
+                       if nb+nb <= maxBits {
+                               for endnb <= goarch.PtrSize*8 {
+                                       pbits |= pbits << endnb
+                                       endnb += endnb
+                               }
+                               // Truncate to a multiple of original ptrmask.
+                               // Because nb+nb <= maxBits, nb fits in a byte.
+                               // Byte division is cheaper than uintptr division.
+                               endnb = uintptr(maxBits/byte(nb)) * nb
+                               pbits &= 1<<endnb - 1
+                               b = pbits
+                               nb = endnb
+                       }
 
-       for i := uintptr(0); true; i += typ.size {
-               p := typ.gcdata
-               var j uintptr
-               for j = 0; j+8*goarch.PtrSize < typ.ptrdata; j += 8 * goarch.PtrSize {
-                       h = h.write(uintptr(*p), 8)
-                       p = add1(p)
+                       // Clear p and endp as sentinel for using pbits.
+                       // Checked during Phase 2 loop.
+                       p = nil
+                       endp = nil
+               } else {
+                       // Ptrmask is larger. Read it multiple times.
+                       n := (typ.ptrdata/goarch.PtrSize+7)/8 - 1
+                       endp = addb(ptrmask, n)
+                       endnb = typ.size/goarch.PtrSize - n*8
                }
-               h = h.write(uintptr(*p), (typ.ptrdata-j)/goarch.PtrSize)
-               if i+typ.size == dataSize {
-                       break // don't need the trailing nonptr bits on the last element.
+       }
+       if p != nil {
+               b = uintptr(*p)
+               p = add1(p)
+               nb = 8
+       }
+
+       if typ.size == dataSize {
+               // Single entry: can stop once we reach the non-pointer data.
+               nw = typ.ptrdata / goarch.PtrSize
+       } else {
+               // Repeated instances of typ in an array.
+               // Have to process first N-1 entries in full, but can stop
+               // once we reach the non-pointer data in the final entry.
+               nw = ((dataSize/typ.size-1)*typ.size + typ.ptrdata) / goarch.PtrSize
+       }
+       if nw == 0 {
+               // No pointers! Caller was supposed to check.
+               println("runtime: invalid type ", typ.string())
+               throw("heapBitsSetType: called with non-pointer type")
+               return
+       }
+
+       // Phase 1: Special case for leading byte (shift==0) or half-byte (shift==2).
+       // The leading byte is special because it contains the bits for word 1,
+       // which does not have the scan bit set.
+       // The leading half-byte is special because it's a half a byte,
+       // so we have to be careful with the bits already there.
+       switch {
+       default:
+               throw("heapBitsSetType: unexpected shift")
+
+       case h.shift == 0:
+               // Ptrmask and heap bitmap are aligned.
+               //
+               // This is a fast path for small objects.
+               //
+               // The first byte we write out covers the first four
+               // words of the object. The scan/dead bit on the first
+               // word must be set to scan since there are pointers
+               // somewhere in the object.
+               // In all following words, we set the scan/dead
+               // appropriately to indicate that the object continues
+               // to the next 2-bit entry in the bitmap.
+               //
+               // We set four bits at a time here, but if the object
+               // is fewer than four words, phase 3 will clear
+               // unnecessary bits.
+               hb = b & bitPointerAll
+               hb |= bitScanAll
+               if w += 4; w >= nw {
+                       goto Phase3
+               }
+               *hbitp = uint8(hb)
+               hbitp = add1(hbitp)
+               b >>= 4
+               nb -= 4
+
+       case h.shift == 2:
+               // Ptrmask and heap bitmap are misaligned.
+               //
+               // On 32 bit architectures only the 6-word object that corresponds
+               // to a 24 bytes size class can start with h.shift of 2 here since
+               // all other non 16 byte aligned size classes have been handled by
+               // special code paths at the beginning of heapBitsSetType on 32 bit.
+               //
+               // Many size classes are only 16 byte aligned. On 64 bit architectures
+               // this results in a heap bitmap position starting with a h.shift of 2.
+               //
+               // The bits for the first two words are in a byte shared
+               // with another object, so we must be careful with the bits
+               // already there.
+               //
+               // We took care of 1-word, 2-word, and 3-word objects above,
+               // so this is at least a 6-word object.
+               hb = (b & (bitPointer | bitPointer<<heapBitsShift)) << (2 * heapBitsShift)
+               hb |= bitScan << (2 * heapBitsShift)
+               if nw > 1 {
+                       hb |= bitScan << (3 * heapBitsShift)
+               }
+               b >>= 2
+               nb -= 2
+               *hbitp &^= uint8((bitPointer | bitScan | ((bitPointer | bitScan) << heapBitsShift)) << (2 * heapBitsShift))
+               *hbitp |= uint8(hb)
+               hbitp = add1(hbitp)
+               if w += 2; w >= nw {
+                       // We know that there is more data, because we handled 2-word and 3-word objects above.
+                       // This must be at least a 6-word object. If we're out of pointer words,
+                       // mark no scan in next bitmap byte and finish.
+                       hb = 0
+                       w += 4
+                       goto Phase3
                }
-               // Pad with zeros to the start of the next element.
-               h = h.pad(typ.size - typ.ptrdata)
        }
-       h.flush(x, size)
 
+       // Phase 2: Full bytes in bitmap, up to but not including write to last byte (full or partial) in bitmap.
+       // The loop computes the bits for that last write but does not execute the write;
+       // it leaves the bits in hb for processing by phase 3.
+       // To avoid repeated adjustment of nb, we subtract out the 4 bits we're going to
+       // use in the first half of the loop right now, and then we only adjust nb explicitly
+       // if the 8 bits used by each iteration isn't balanced by 8 bits loaded mid-loop.
+       nb -= 4
+       for {
+               // Emit bitmap byte.
+               // b has at least nb+4 bits, with one exception:
+               // if w+4 >= nw, then b has only nw-w bits,
+               // but we'll stop at the break and then truncate
+               // appropriately in Phase 3.
+               hb = b & bitPointerAll
+               hb |= bitScanAll
+               if w += 4; w >= nw {
+                       break
+               }
+               *hbitp = uint8(hb)
+               hbitp = add1(hbitp)
+               b >>= 4
+
+               // Load more bits. b has nb right now.
+               if p != endp {
+                       // Fast path: keep reading from ptrmask.
+                       // nb unmodified: we just loaded 8 bits,
+                       // and the next iteration will consume 8 bits,
+                       // leaving us with the same nb the next time we're here.
+                       if nb < 8 {
+                               b |= uintptr(*p) << nb
+                               p = add1(p)
+                       } else {
+                               // Reduce the number of bits in b.
+                               // This is important if we skipped
+                               // over a scalar tail, since nb could
+                               // be larger than the bit width of b.
+                               nb -= 8
+                       }
+               } else if p == nil {
+                       // Almost as fast path: track bit count and refill from pbits.
+                       // For short repetitions.
+                       if nb < 8 {
+                               b |= pbits << nb
+                               nb += endnb
+                       }
+                       nb -= 8 // for next iteration
+               } else {
+                       // Slow path: reached end of ptrmask.
+                       // Process final partial byte and rewind to start.
+                       b |= uintptr(*p) << nb
+                       nb += endnb
+                       if nb < 8 {
+                               b |= uintptr(*ptrmask) << nb
+                               p = add1(ptrmask)
+                       } else {
+                               nb -= 8
+                               p = ptrmask
+                       }
+               }
+
+               // Emit bitmap byte.
+               hb = b & bitPointerAll
+               hb |= bitScanAll
+               if w += 4; w >= nw {
+                       break
+               }
+               *hbitp = uint8(hb)
+               hbitp = add1(hbitp)
+               b >>= 4
+       }
+
+Phase3:
+       // Phase 3: Write last byte or partial byte and zero the rest of the bitmap entries.
+       if w > nw {
+               // Counting the 4 entries in hb not yet written to memory,
+               // there are more entries than possible pointer slots.
+               // Discard the excess entries (can't be more than 3).
+               mask := uintptr(1)<<(4-(w-nw)) - 1
+               hb &= mask | mask<<4 // apply mask to both pointer bits and scan bits
+       }
+
+       // Change nw from counting possibly-pointer words to total words in allocation.
+       nw = size / goarch.PtrSize
+
+       // Write whole bitmap bytes.
+       // The first is hb, the rest are zero.
+       if w <= nw {
+               *hbitp = uint8(hb)
+               hbitp = add1(hbitp)
+               hb = 0 // for possible final half-byte below
+               for w += 4; w <= nw; w += 4 {
+                       *hbitp = 0
+                       hbitp = add1(hbitp)
+               }
+       }
+
+       // Write final partial bitmap byte if any.
+       // We know w > nw, or else we'd still be in the loop above.
+       // It can be bigger only due to the 4 entries in hb that it counts.
+       // If w == nw+4 then there's nothing left to do: we wrote all nw entries
+       // and can discard the 4 sitting in hb.
+       // But if w == nw+2, we need to write first two in hb.
+       // The byte is shared with the next object, so be careful with
+       // existing bits.
+       if w == nw+2 {
+               *hbitp = *hbitp&^(bitPointer|bitScan|(bitPointer|bitScan)<<heapBitsShift) | uint8(hb)
+       }
+
+Phase4:
+       // Phase 4: Copy unrolled bitmap to per-arena bitmaps, if necessary.
+       if outOfPlace {
+               // TODO: We could probably make this faster by
+               // handling [x+dataSize, x+size) specially.
+               h := heapBitsForAddr(x)
+               // cnw is the number of heap words, or bit pairs
+               // remaining (like nw above).
+               cnw := size / goarch.PtrSize
+               src := (*uint8)(unsafe.Pointer(x))
+               // We know the first and last byte of the bitmap are
+               // not the same, but it's still possible for small
+               // objects span arenas, so it may share bitmap bytes
+               // with neighboring objects.
+               //
+               // Handle the first byte specially if it's shared. See
+               // Phase 1 for why this is the only special case we need.
+               if doubleCheck {
+                       if !(h.shift == 0 || h.shift == 2) {
+                               print("x=", x, " size=", size, " cnw=", h.shift, "\n")
+                               throw("bad start shift")
+                       }
+               }
+               if h.shift == 2 {
+                       *h.bitp = *h.bitp&^((bitPointer|bitScan|(bitPointer|bitScan)<<heapBitsShift)<<(2*heapBitsShift)) | *src
+                       h = h.next().next()
+                       cnw -= 2
+                       src = addb(src, 1)
+               }
+               // We're now byte aligned. Copy out to per-arena
+               // bitmaps until the last byte (which may again be
+               // partial).
+               for cnw >= 4 {
+                       // This loop processes four words at a time,
+                       // so round cnw down accordingly.
+                       hNext, words := h.forwardOrBoundary(cnw / 4 * 4)
+
+                       // n is the number of bitmap bytes to copy.
+                       n := words / 4
+                       memmove(unsafe.Pointer(h.bitp), unsafe.Pointer(src), n)
+                       cnw -= words
+                       h = hNext
+                       src = addb(src, n)
+               }
+               if doubleCheck && h.shift != 0 {
+                       print("cnw=", cnw, " h.shift=", h.shift, "\n")
+                       throw("bad shift after block copy")
+               }
+               // Handle the last byte if it's shared.
+               if cnw == 2 {
+                       *h.bitp = *h.bitp&^(bitPointer|bitScan|(bitPointer|bitScan)<<heapBitsShift) | *src
+                       src = addb(src, 1)
+                       h = h.next().next()
+               }
+               if doubleCheck {
+                       if uintptr(unsafe.Pointer(src)) > x+size {
+                               throw("copy exceeded object size")
+                       }
+                       if !(cnw == 0 || cnw == 2) {
+                               print("x=", x, " size=", size, " cnw=", cnw, "\n")
+                               throw("bad number of remaining words")
+                       }
+                       // Set up hbitp so doubleCheck code below can check it.
+                       hbitp = h.bitp
+               }
+               // Zero the object where we wrote the bitmap.
+               memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(x), uintptr(unsafe.Pointer(src))-x)
+       }
+
+       // Double check the whole bitmap.
        if doubleCheck {
-               h := heapBitsForAddr(x, size)
-               for i := uintptr(0); i < size; i += goarch.PtrSize {
-                       // Compute the pointer bit we want at offset i.
-                       want := false
-                       if i < dataSize {
-                               off := i % typ.size
-                               if off < typ.ptrdata {
-                                       j := off / goarch.PtrSize
-                                       want = *addb(typ.gcdata, j/8)>>(j%8)&1 != 0
+               // x+size may not point to the heap, so back up one
+               // word and then advance it the way we do above.
+               end := heapBitsForAddr(x + size - goarch.PtrSize)
+               if outOfPlace {
+                       // In out-of-place copying, we just advance
+                       // using next.
+                       end = end.next()
+               } else {
+                       // Don't use next because that may advance to
+                       // the next arena and the in-place logic
+                       // doesn't do that.
+                       end.shift += heapBitsShift
+                       if end.shift == 4*heapBitsShift {
+                               end.bitp, end.shift = add1(end.bitp), 0
+                       }
+               }
+               if typ.kind&kindGCProg == 0 && (hbitp != end.bitp || (w == nw+2) != (end.shift == 2)) {
+                       println("ended at wrong bitmap byte for", typ.string(), "x", dataSize/typ.size)
+                       print("typ.size=", typ.size, " typ.ptrdata=", typ.ptrdata, " dataSize=", dataSize, " size=", size, "\n")
+                       print("w=", w, " nw=", nw, " b=", hex(b), " nb=", nb, " hb=", hex(hb), "\n")
+                       h0 := heapBitsForAddr(x)
+                       print("initial bits h0.bitp=", h0.bitp, " h0.shift=", h0.shift, "\n")
+                       print("ended at hbitp=", hbitp, " but next starts at bitp=", end.bitp, " shift=", end.shift, "\n")
+                       throw("bad heapBitsSetType")
+               }
+
+               // Double-check that bits to be written were written correctly.
+               // Does not check that other bits were not written, unfortunately.
+               h := heapBitsForAddr(x)
+               nptr := typ.ptrdata / goarch.PtrSize
+               ndata := typ.size / goarch.PtrSize
+               count := dataSize / typ.size
+               totalptr := ((count-1)*typ.size + typ.ptrdata) / goarch.PtrSize
+               for i := uintptr(0); i < size/goarch.PtrSize; i++ {
+                       j := i % ndata
+                       var have, want uint8
+                       have = (*h.bitp >> h.shift) & (bitPointer | bitScan)
+                       if i >= totalptr {
+                               if typ.kind&kindGCProg != 0 && i < (totalptr+3)/4*4 {
+                                       // heapBitsSetTypeGCProg always fills
+                                       // in full nibbles of bitScan.
+                                       want = bitScan
+                               }
+                       } else {
+                               if j < nptr && (*addb(ptrmask, j/8)>>(j%8))&1 != 0 {
+                                       want |= bitPointer
                                }
+                               want |= bitScan
                        }
-                       if want {
-                               var addr uintptr
-                               h, addr = h.next()
-                               if addr != x+i {
-                                       throw("heapBitsSetType: pointer entry not correct")
+                       if have != want {
+                               println("mismatch writing bits for", typ.string(), "x", dataSize/typ.size)
+                               print("typ.size=", typ.size, " typ.ptrdata=", typ.ptrdata, " dataSize=", dataSize, " size=", size, "\n")
+                               print("kindGCProg=", typ.kind&kindGCProg != 0, " outOfPlace=", outOfPlace, "\n")
+                               print("w=", w, " nw=", nw, " b=", hex(b), " nb=", nb, " hb=", hex(hb), "\n")
+                               h0 := heapBitsForAddr(x)
+                               print("initial bits h0.bitp=", h0.bitp, " h0.shift=", h0.shift, "\n")
+                               print("current bits h.bitp=", h.bitp, " h.shift=", h.shift, " *h.bitp=", hex(*h.bitp), "\n")
+                               print("ptrmask=", ptrmask, " p=", p, " endp=", endp, " endnb=", endnb, " pbits=", hex(pbits), " b=", hex(b), " nb=", nb, "\n")
+                               println("at word", i, "offset", i*goarch.PtrSize, "have", hex(have), "want", hex(want))
+                               if typ.kind&kindGCProg != 0 {
+                                       println("GC program:")
+                                       dumpGCProg(addb(typ.gcdata, 4))
                                }
+                               throw("bad heapBitsSetType")
                        }
+                       h = h.next()
                }
-               if _, addr := h.next(); addr != 0 {
-                       throw("heapBitsSetType: extra pointer")
+               if ptrmask == debugPtrmask.data {
+                       unlock(&debugPtrmask.lock)
                }
        }
 }
@@ -1042,6 +1488,92 @@ var debugPtrmask struct {
        data *byte
 }
 
+// heapBitsSetTypeGCProg implements heapBitsSetType using a GC program.
+// progSize is the size of the memory described by the program.
+// elemSize is the size of the element that the GC program describes (a prefix of).
+// dataSize is the total size of the intended data, a multiple of elemSize.
+// allocSize is the total size of the allocated memory.
+//
+// GC programs are only used for large allocations.
+// heapBitsSetType requires that allocSize is a multiple of 4 words,
+// so that the relevant bitmap bytes are not shared with surrounding
+// objects.
+func heapBitsSetTypeGCProg(h heapBits, progSize, elemSize, dataSize, allocSize uintptr, prog *byte) {
+       if goarch.PtrSize == 8 && allocSize%(4*goarch.PtrSize) != 0 {
+               // Alignment will be wrong.
+               throw("heapBitsSetTypeGCProg: small allocation")
+       }
+       var totalBits uintptr
+       if elemSize == dataSize {
+               totalBits = runGCProg(prog, nil, h.bitp, 2)
+               if totalBits*goarch.PtrSize != progSize {
+                       println("runtime: heapBitsSetTypeGCProg: total bits", totalBits, "but progSize", progSize)
+                       throw("heapBitsSetTypeGCProg: unexpected bit count")
+               }
+       } else {
+               count := dataSize / elemSize
+
+               // Piece together program trailer to run after prog that does:
+               //      literal(0)
+               //      repeat(1, elemSize-progSize-1) // zeros to fill element size
+               //      repeat(elemSize, count-1) // repeat that element for count
+               // This zero-pads the data remaining in the first element and then
+               // repeats that first element to fill the array.
+               var trailer [40]byte // 3 varints (max 10 each) + some bytes
+               i := 0
+               if n := elemSize/goarch.PtrSize - progSize/goarch.PtrSize; n > 0 {
+                       // literal(0)
+                       trailer[i] = 0x01
+                       i++
+                       trailer[i] = 0
+                       i++
+                       if n > 1 {
+                               // repeat(1, n-1)
+                               trailer[i] = 0x81
+                               i++
+                               n--
+                               for ; n >= 0x80; n >>= 7 {
+                                       trailer[i] = byte(n | 0x80)
+                                       i++
+                               }
+                               trailer[i] = byte(n)
+                               i++
+                       }
+               }
+               // repeat(elemSize/ptrSize, count-1)
+               trailer[i] = 0x80
+               i++
+               n := elemSize / goarch.PtrSize
+               for ; n >= 0x80; n >>= 7 {
+                       trailer[i] = byte(n | 0x80)
+                       i++
+               }
+               trailer[i] = byte(n)
+               i++
+               n = count - 1
+               for ; n >= 0x80; n >>= 7 {
+                       trailer[i] = byte(n | 0x80)
+                       i++
+               }
+               trailer[i] = byte(n)
+               i++
+               trailer[i] = 0
+               i++
+
+               runGCProg(prog, &trailer[0], h.bitp, 2)
+
+               // Even though we filled in the full array just now,
+               // record that we only filled in up to the ptrdata of the
+               // last element. This will cause the code below to
+               // memclr the dead section of the final array element,
+               // so that scanobject can stop early in the final element.
+               totalBits = (elemSize*(count-1) + progSize) / goarch.PtrSize
+       }
+       endProg := unsafe.Pointer(addb(h.bitp, (totalBits+3)/4))
+       endAlloc := unsafe.Pointer(addb(h.bitp, allocSize/goarch.PtrSize/wordsPerBitmapByte))
+       memclrNoHeapPointers(endProg, uintptr(endAlloc)-uintptr(endProg))
+}
+
 // progToPointerMask returns the 1-bit pointer mask output by the GC program prog.
 // size the size of the region described by prog, in bytes.
 // The resulting bitvector will have no more than size/goarch.PtrSize bits.
@@ -1049,7 +1581,7 @@ func progToPointerMask(prog *byte, size uintptr) bitvector {
        n := (size/goarch.PtrSize + 7) / 8
        x := (*[1 << 30]byte)(persistentalloc(n+1, 1, &memstats.buckhash_sys))[:n+1]
        x[len(x)-1] = 0xa1 // overflow check sentinel
-       n = runGCProg(prog, &x[0])
+       n = runGCProg(prog, nil, &x[0], 1)
        if x[len(x)-1] != 0xa1 {
                throw("progToPointerMask: overflow")
        }
@@ -1070,8 +1602,15 @@ func progToPointerMask(prog *byte, size uintptr) bitvector {
 //     10000000 n c: repeat the previous n bits c times; n, c are varints
 //     1nnnnnnn c: repeat the previous n bits c times; c is a varint
 
-// runGCProg returns the number of 1-bit entries written to memory.
-func runGCProg(prog, dst *byte) uintptr {
+// runGCProg executes the GC program prog, and then trailer if non-nil,
+// writing to dst with entries of the given size.
+// If size == 1, dst is a 1-bit pointer mask laid out moving forward from dst.
+// If size == 2, dst is the 2-bit heap bitmap, and writes move backward
+// starting at dst (because the heap bitmap does). In this case, the caller guarantees
+// that only whole bytes in dst need to be written.
+//
+// runGCProg returns the number of 1- or 2-bit entries written to memory.
+func runGCProg(prog, trailer, dst *byte, size int) uintptr {
        dstStart := dst
 
        // Bits waiting to be written to memory.
@@ -1084,9 +1623,20 @@ Run:
                // Flush accumulated full bytes.
                // The rest of the loop assumes that nbits <= 7.
                for ; nbits >= 8; nbits -= 8 {
-                       *dst = uint8(bits)
-                       dst = add1(dst)
-                       bits >>= 8
+                       if size == 1 {
+                               *dst = uint8(bits)
+                               dst = add1(dst)
+                               bits >>= 8
+                       } else {
+                               v := bits&bitPointerAll | bitScanAll
+                               *dst = uint8(v)
+                               dst = add1(dst)
+                               bits >>= 4
+                               v = bits&bitPointerAll | bitScanAll
+                               *dst = uint8(v)
+                               dst = add1(dst)
+                               bits >>= 4
+                       }
                }
 
                // Process one instruction.
@@ -1096,16 +1646,32 @@ Run:
                if inst&0x80 == 0 {
                        // Literal bits; n == 0 means end of program.
                        if n == 0 {
-                               // Program is over.
+                               // Program is over; continue in trailer if present.
+                               if trailer != nil {
+                                       p = trailer
+                                       trailer = nil
+                                       continue
+                               }
                                break Run
                        }
                        nbyte := n / 8
                        for i := uintptr(0); i < nbyte; i++ {
                                bits |= uintptr(*p) << nbits
                                p = add1(p)
-                               *dst = uint8(bits)
-                               dst = add1(dst)
-                               bits >>= 8
+                               if size == 1 {
+                                       *dst = uint8(bits)
+                                       dst = add1(dst)
+                                       bits >>= 8
+                               } else {
+                                       v := bits&0xf | bitScanAll
+                                       *dst = uint8(v)
+                                       dst = add1(dst)
+                                       bits >>= 4
+                                       v = bits&0xf | bitScanAll
+                                       *dst = uint8(v)
+                                       dst = add1(dst)
+                                       bits >>= 4
+                               }
                        }
                        if n %= 8; n > 0 {
                                bits |= uintptr(*p) << nbits
@@ -1154,12 +1720,22 @@ Run:
                        npattern := nbits
 
                        // If we need more bits, fetch them from memory.
-                       src = subtract1(src)
-                       for npattern < n {
-                               pattern <<= 8
-                               pattern |= uintptr(*src)
+                       if size == 1 {
+                               src = subtract1(src)
+                               for npattern < n {
+                                       pattern <<= 8
+                                       pattern |= uintptr(*src)
+                                       src = subtract1(src)
+                                       npattern += 8
+                               }
+                       } else {
                                src = subtract1(src)
-                               npattern += 8
+                               for npattern < n {
+                                       pattern <<= 4
+                                       pattern |= uintptr(*src) & 0xf
+                                       src = subtract1(src)
+                                       npattern += 4
+                               }
                        }
 
                        // We started with the whole bit output buffer,
@@ -1209,11 +1785,20 @@ Run:
                        for ; c >= npattern; c -= npattern {
                                bits |= pattern << nbits
                                nbits += npattern
-                               for nbits >= 8 {
-                                       *dst = uint8(bits)
-                                       dst = add1(dst)
-                                       bits >>= 8
-                                       nbits -= 8
+                               if size == 1 {
+                                       for nbits >= 8 {
+                                               *dst = uint8(bits)
+                                               dst = add1(dst)
+                                               bits >>= 8
+                                               nbits -= 8
+                                       }
+                               } else {
+                                       for nbits >= 4 {
+                                               *dst = uint8(bits&0xf | bitScanAll)
+                                               dst = add1(dst)
+                                               bits >>= 4
+                                               nbits -= 4
+                                       }
                                }
                        }
 
@@ -1230,38 +1815,75 @@ Run:
                // Since nbits <= 7, we know the first few bytes of repeated data
                // are already written to memory.
                off := n - nbits // n > nbits because n > maxBits and nbits <= 7
-               // Leading src fragment.
-               src = subtractb(src, (off+7)/8)
-               if frag := off & 7; frag != 0 {
-                       bits |= uintptr(*src) >> (8 - frag) << nbits
-                       src = add1(src)
-                       nbits += frag
-                       c -= frag
+               if size == 1 {
+                       // Leading src fragment.
+                       src = subtractb(src, (off+7)/8)
+                       if frag := off & 7; frag != 0 {
+                               bits |= uintptr(*src) >> (8 - frag) << nbits
+                               src = add1(src)
+                               nbits += frag
+                               c -= frag
+                       }
+                       // Main loop: load one byte, write another.
+                       // The bits are rotating through the bit buffer.
+                       for i := c / 8; i > 0; i-- {
+                               bits |= uintptr(*src) << nbits
+                               src = add1(src)
+                               *dst = uint8(bits)
+                               dst = add1(dst)
+                               bits >>= 8
+                       }
+                       // Final src fragment.
+                       if c %= 8; c > 0 {
+                               bits |= (uintptr(*src) & (1<<c - 1)) << nbits
+                               nbits += c
+                       }
+               } else {
+                       // Leading src fragment.
+                       src = subtractb(src, (off+3)/4)
+                       if frag := off & 3; frag != 0 {
+                               bits |= (uintptr(*src) & 0xf) >> (4 - frag) << nbits
+                               src = add1(src)
+                               nbits += frag
+                               c -= frag
+                       }
+                       // Main loop: load one byte, write another.
+                       // The bits are rotating through the bit buffer.
+                       for i := c / 4; i > 0; i-- {
+                               bits |= (uintptr(*src) & 0xf) << nbits
+                               src = add1(src)
+                               *dst = uint8(bits&0xf | bitScanAll)
+                               dst = add1(dst)
+                               bits >>= 4
+                       }
+                       // Final src fragment.
+                       if c %= 4; c > 0 {
+                               bits |= (uintptr(*src) & (1<<c - 1)) << nbits
+                               nbits += c
+                       }
                }
-               // Main loop: load one byte, write another.
-               // The bits are rotating through the bit buffer.
-               for i := c / 8; i > 0; i-- {
-                       bits |= uintptr(*src) << nbits
-                       src = add1(src)
+       }
+
+       // Write any final bits out, using full-byte writes, even for the final byte.
+       var totalBits uintptr
+       if size == 1 {
+               totalBits = (uintptr(unsafe.Pointer(dst))-uintptr(unsafe.Pointer(dstStart)))*8 + nbits
+               nbits += -nbits & 7
+               for ; nbits > 0; nbits -= 8 {
                        *dst = uint8(bits)
                        dst = add1(dst)
                        bits >>= 8
                }
-               // Final src fragment.
-               if c %= 8; c > 0 {
-                       bits |= (uintptr(*src) & (1<<c - 1)) << nbits
-                       nbits += c
+       } else {
+               totalBits = (uintptr(unsafe.Pointer(dst))-uintptr(unsafe.Pointer(dstStart)))*4 + nbits
+               nbits += -nbits & 3
+               for ; nbits > 0; nbits -= 4 {
+                       v := bits&0xf | bitScanAll
+                       *dst = uint8(v)
+                       dst = add1(dst)
+                       bits >>= 4
                }
        }
-
-       // Write any final bits out, using full-byte writes, even for the final byte.
-       totalBits := (uintptr(unsafe.Pointer(dst))-uintptr(unsafe.Pointer(dstStart)))*8 + nbits
-       nbits += -nbits & 7
-       for ; nbits > 0; nbits -= 8 {
-               *dst = uint8(bits)
-               dst = add1(dst)
-               bits >>= 8
-       }
        return totalBits
 }
 
@@ -1276,7 +1898,7 @@ func materializeGCProg(ptrdata uintptr, prog *byte) *mspan {
        // Compute the number of pages needed for bitmapBytes.
        pages := divRoundUp(bitmapBytes, pageSize)
        s := mheap_.allocManual(pages, spanAllocPtrScalarBits)
-       runGCProg(addb(prog, 4), (*byte)(unsafe.Pointer(s.startAddr)))
+       runGCProg(addb(prog, 4), nil, (*byte)(unsafe.Pointer(s.startAddr)), 1)
        return s
 }
 func dematerializeGCProg(s *mspan) {
@@ -1344,7 +1966,13 @@ func getgcmaskcb(frame *stkframe, ctxt unsafe.Pointer) bool {
 //
 //go:linkname reflect_gcbits reflect.gcbits
 func reflect_gcbits(x any) []byte {
-       return getgcmask(x)
+       ret := getgcmask(x)
+       typ := (*ptrtype)(unsafe.Pointer(efaceOf(&x)._type)).elem
+       nptr := typ.ptrdata / goarch.PtrSize
+       for uintptr(len(ret)) > nptr && ret[len(ret)-1] == 0 {
+               ret = ret[:len(ret)-1]
+       }
+       return ret
 }
 
 // Returns GC type info for the pointer stored in ep for testing.
@@ -1383,22 +2011,18 @@ func getgcmask(ep any) (mask []byte) {
 
        // heap
        if base, s, _ := findObject(uintptr(p), 0, 0); base != 0 {
-               if s.spanclass.noscan() {
-                       return nil
-               }
+               hbits := heapBitsForAddr(base)
                n := s.elemsize
-               hbits := heapBitsForAddr(base, n)
                mask = make([]byte, n/goarch.PtrSize)
-               for {
-                       var addr uintptr
-                       if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
+               for i := uintptr(0); i < n; i += goarch.PtrSize {
+                       if hbits.isPointer() {
+                               mask[i/goarch.PtrSize] = 1
+                       }
+                       if !hbits.morePointers() {
+                               mask = mask[:i/goarch.PtrSize]
                                break
                        }
-                       mask[(addr-base)/goarch.PtrSize] = 1
-               }
-               // Callers expect this mask to end at the last pointer.
-               for len(mask) > 0 && mask[len(mask)-1] == 0 {
-                       mask = mask[:len(mask)-1]
+                       hbits = hbits.next()
                }
                return
        }
index 40674d8939e8a74f149359be7bb5f811680738bb..1f484fb9b6df471de8a29d40d944352c2844e3aa 100644 (file)
@@ -251,7 +251,7 @@ func (c *mcache) allocLarge(size uintptr, noscan bool) *mspan {
        // visible to the background sweeper.
        mheap_.central[spc].mcentral.fullSwept(mheap_.sweepgen).push(s)
        s.limit = s.base() + size
-       s.initHeapBits()
+       heapBitsForAddr(s.base()).initSpan(s)
        return s
 }
 
index c7ce573da6fb683321db4180487738d9132eb989..e4bdf3507170e7eefdadac422c238db139e039a5 100644 (file)
@@ -250,6 +250,6 @@ func (c *mcentral) grow() *mspan {
        // n := (npages << _PageShift) / size
        n := s.divideByElemSize(npages << _PageShift)
        s.limit = s.base() + size*n
-       s.initHeapBits()
+       heapBitsForAddr(s.base()).initSpan(s)
        return s
 }
index a4fa448b54a3fc08e43837898cbeac2a153b44a5..68600be4e71cbc6f738bf0124d3aa523e8a3a676 100644 (file)
@@ -1265,6 +1265,7 @@ func scanobject(b uintptr, gcw *gcWork) {
        // b is either the beginning of an object, in which case this
        // is the size of the object to scan, or it points to an
        // oblet, in which case we compute the size to scan below.
+       hbits := heapBitsForAddr(b)
        s := spanOfUnchecked(b)
        n := s.elemsize
        if n == 0 {
@@ -1307,24 +1308,20 @@ func scanobject(b uintptr, gcw *gcWork) {
                }
        }
 
-       hbits := heapBitsForAddr(b, n)
-       var scanSize uintptr
-       for {
-               var addr uintptr
-               if hbits, addr = hbits.nextFast(); addr == 0 {
-                       if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
-                               break
-                       }
+       var i uintptr
+       for i = 0; i < n; i, hbits = i+goarch.PtrSize, hbits.next() {
+               // Load bits once. See CL 22712 and issue 16973 for discussion.
+               bits := hbits.bits()
+               if bits&bitScan == 0 {
+                       break // no more pointers in this object
+               }
+               if bits&bitPointer == 0 {
+                       continue // not a pointer
                }
-
-               // Keep track of farthest pointer we found, so we can
-               // update heapScanWork. TODO: is there a better metric,
-               // now that we can skip scalar portions pretty efficiently?
-               scanSize = addr - b + goarch.PtrSize
 
                // Work here is duplicated in scanblock and above.
                // If you make changes here, make changes there too.
-               obj := *(*uintptr)(unsafe.Pointer(addr))
+               obj := *(*uintptr)(unsafe.Pointer(b + i))
 
                // At this point we have extracted the next potential pointer.
                // Quickly filter out nil and pointers back to the current object.
@@ -1338,13 +1335,13 @@ func scanobject(b uintptr, gcw *gcWork) {
                        // heap. In this case, we know the object was
                        // just allocated and hence will be marked by
                        // allocation itself.
-                       if obj, span, objIndex := findObject(obj, b, addr-b); obj != 0 {
-                               greyobject(obj, b, addr-b, span, gcw, objIndex)
+                       if obj, span, objIndex := findObject(obj, b, i); obj != 0 {
+                               greyobject(obj, b, i, span, gcw, objIndex)
                        }
                }
        }
        gcw.bytesMarked += uint64(n)
-       gcw.heapScanWork += int64(scanSize)
+       gcw.heapScanWork += int64(i)
 }
 
 // scanConservative scans block [b, b+n) conservatively, treating any
index bd40508e46fa2830909dd0a5699c21a3b9dbd71f..b19a2ff4088c51b66e257b31554d1fc63a01bc79 100644 (file)
@@ -221,22 +221,9 @@ var mheap_ mheap
 //go:notinheap
 type heapArena struct {
        // bitmap stores the pointer/scalar bitmap for the words in
-       // this arena. See mbitmap.go for a description.
-       // This array uses 1 bit per word of heap, or 1.6% of the heap size (for 64-bit).
-       bitmap [heapArenaBitmapWords]uintptr
-
-       // If the ith bit of noMorePtrs is true, then there are no more
-       // pointers for the object containing the word described by the
-       // high bit of bitmap[i].
-       // In that case, bitmap[i+1], ... must be zero until the start
-       // of the next object.
-       // We never operate on these entries using bit-parallel techniques,
-       // so it is ok if they are small. Also, they can't be bigger than
-       // uint16 because at that size a single noMorePtrs entry
-       // represents 8K of memory, the minimum size of a span. Any larger
-       // and we'd have to worry about concurrent updates.
-       // This array uses 1 bit per word of bitmap, or .024% of the heap size (for 64-bit).
-       noMorePtrs [heapArenaBitmapWords / 8]uint8
+       // this arena. See mbitmap.go for a description. Use the
+       // heapBits type to access this.
+       bitmap [heapArenaBitmapBytes]byte
 
        // spans maps from virtual address page ID within this arena to *mspan.
        // For allocated spans, their pages map to the span itself.
index 75f202fca00f0cb79c2d4d447c6213e3b2df13b0..11b1be48db4e7df88c0e384bb3d853e96c16b639 100644 (file)
@@ -260,14 +260,12 @@ func growslice(et *_type, old slice, cap int) slice {
                capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
                overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
                newcap = int(capmem >> shift)
-               capmem = uintptr(newcap) << shift
        default:
                lenmem = uintptr(old.len) * et.size
                newlenmem = uintptr(cap) * et.size
                capmem, overflow = math.MulUintptr(et.size, uintptr(newcap))
                capmem = roundupsize(capmem)
                newcap = int(capmem / et.size)
-               capmem = uintptr(newcap) * et.size
        }
 
        // The check of overflow in addition to capmem > maxAlloc is needed