]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/commitdiff
runtime: implement experiment to replace heap bitmap with alloc headers
authorMichael Anthony Knyszek <mknyszek@google.com>
Sun, 11 Sep 2022 04:07:41 +0000 (04:07 +0000)
committerMichael Knyszek <mknyszek@google.com>
Thu, 9 Nov 2023 19:58:08 +0000 (19:58 +0000)
This change replaces the 1-bit-per-word heap bitmap for most size
classes with allocation headers for objects that contain pointers. The
header consists of a single pointer to a type. All allocations with
headers are treated as implicitly containing one or more instances of
the type in the header.

As the name implies, headers are usually stored as the first word of an
object. There are two additional exceptions to where headers are stored
and how they're used.

Objects smaller than 512 bytes do not have headers. Instead, a heap
bitmap is reserved at the end of spans for objects of this size. A full
word of overhead is too much for these small objects. The bitmap is of
the same format of the old bitmap, minus the noMorePtrs bits which are
unnecessary. All the objects <512 bytes have a bitmap less than a
pointer-word in size, and that was the granularity at which noMorePtrs
could stop scanning early anyway.

Objects that are larger than 32 KiB (which have their own span) have
their headers stored directly in the span, to allow power-of-two-sized
allocations to not spill over into an extra page.

The full implementation is behind GOEXPERIMENT=allocheaders.

The purpose of this change is performance. First and foremost, with
headers we no longer have to unroll pointer/scalar data at allocation
time for most size classes. Small size classes still need some
unrolling, but their bitmaps are small so we can optimize that case
fairly well. Larger objects effectively have their pointer/scalar data
unrolled on-demand from type data, which is much more compactly
represented and results in less TLB pressure. Furthermore, since the
headers are usually right next to the object and where we're about to
start scanning, we get an additional temporal locality benefit in the
data cache when looking up type metadata. The pointer/scalar data is
now effectively unrolled on-demand, but it's also simpler to unroll than
before; that unrolled data is never written anywhere, and for arrays we
get the benefit of retreading the same data per element, as opposed to
looking it up from scratch for each pointer-word of bitmap. Lastly,
because we no longer have a heap bitmap that spans the entire heap,
there's a flat 1.5% memory use reduction. This is balanced slightly by
some objects possibly being bumped up a size class, but most objects are
not tightly optimized to size class sizes so there's some memory to
spare, making the header basically free in those cases.

See the follow-up CL which turns on this experiment by default for
benchmark results. (CL 538217.)

Change-Id: I4c9034ee200650d06d8bdecd579d5f7c1bbf1fc5
Reviewed-on: https://go-review.googlesource.com/c/go/+/437955
Reviewed-by: Cherry Mui <cherryyz@google.com>
Reviewed-by: Keith Randall <khr@golang.org>
LUCI-TryBot-Result: Go LUCI <golang-scoped@luci-project-accounts.iam.gserviceaccount.com>

23 files changed:
src/cmd/compile/internal/test/inl_test.go
src/reflect/all_test.go
src/runtime/arena.go
src/runtime/cgocall.go
src/runtime/cgocheck.go
src/runtime/export_test.go
src/runtime/gc_test.go
src/runtime/gcinfo_test.go
src/runtime/heapdump.go
src/runtime/malloc.go
src/runtime/map.go
src/runtime/mbitmap_allocheaders.go
src/runtime/mbitmap_noallocheaders.go
src/runtime/mfinal.go
src/runtime/mgcmark.go
src/runtime/mgcsweep.go
src/runtime/mheap.go
src/runtime/msize_allocheaders.go
src/runtime/msize_noallocheaders.go
src/runtime/race.go
src/runtime/slice.go
src/runtime/string.go
src/runtime/stubs.go

index f93d23de8b38d169b4ddec2facbd1ae911724632..5705c356e247c2edc4f67f7ed304f788a7cd757d 100644 (file)
@@ -73,11 +73,13 @@ func TestIntendedInlining(t *testing.T) {
                        "gclinkptr.ptr",
                        "guintptr.ptr",
                        "writeHeapBitsForAddr",
+                       "heapBitsSlice",
                        "markBits.isMarked",
                        "muintptr.ptr",
                        "puintptr.ptr",
                        "spanOf",
                        "spanOfUnchecked",
+                       "typePointers.nextFast",
                        "(*gcWork).putFast",
                        "(*gcWork).tryGetFast",
                        "(*guintptr).set",
@@ -86,6 +88,7 @@ func TestIntendedInlining(t *testing.T) {
                        "(*mspan).base",
                        "(*mspan).markBitsForBase",
                        "(*mspan).markBitsForIndex",
+                       "(*mspan).writeHeapBits",
                        "(*muintptr).set",
                        "(*puintptr).set",
                        "(*wbBuf).get1",
index 5bff2efbc413cbf39cabfd04370cbc32d0775457..961595aa3232f30b6870c66bed701f0b68f47c7a 100644 (file)
@@ -7030,10 +7030,18 @@ func verifyGCBits(t *testing.T, typ Type, bits []byte) {
        // 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)
+       if bytes.HasPrefix(heapBits, bits) {
+               // Just the prefix matching is OK.
+               //
+               // The Go runtime's pointer/scalar iterator generates pointers beyond
+               // the size of the type, up to the size of the size class. This space
+               // is safe for the GC to scan since it's zero, and GCBits checks to
+               // make sure that's true. But we need to handle the fact that the bitmap
+               // may be larger than we expect.
+               return
        }
+       _, _, line, _ := runtime.Caller(1)
+       t.Errorf("line %d: heapBits incorrect for %v\nhave %v\nwant %v", line, typ, heapBits, bits)
 }
 
 func verifyGCBitsSlice(t *testing.T, typ Type, cap int, bits []byte) {
@@ -7042,15 +7050,20 @@ func verifyGCBitsSlice(t *testing.T, typ Type, cap int, bits []byte) {
        // repeat a bitmap for a small array or executing a repeat in
        // a GC program.
        val := MakeSlice(typ, 0, cap)
-       data := NewAt(ArrayOf(cap, typ.Elem()), val.UnsafePointer())
+       data := NewAt(typ.Elem(), val.UnsafePointer())
        heapBits := GCBits(data.Interface())
        // Repeat the bitmap for the slice size, trimming scalars in
        // the last element.
        bits = trimBitmap(rep(cap, bits))
-       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)
+       if bytes.Equal(heapBits, bits) {
+               return
+       }
+       if len(heapBits) > len(bits) && bytes.Equal(heapBits[:len(bits)], bits) {
+               // Just the prefix matching is OK.
+               return
        }
+       _, _, line, _ := runtime.Caller(1)
+       t.Errorf("line %d: heapBits incorrect for make(%v, 0, %v)\nhave %v\nwant %v", line, typ, cap, heapBits, bits)
 }
 
 func TestGCBits(t *testing.T) {
index a8d89b3c56abba58ddd43362a88b5292989ae89f..e0e5c393c6d1b29fbf969c8f1584365929070a5d 100644 (file)
@@ -83,6 +83,8 @@
 package runtime
 
 import (
+       "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "runtime/internal/atomic"
        "runtime/internal/math"
        "unsafe"
@@ -218,6 +220,19 @@ func init() {
        lockInit(&userArenaState.lock, lockRankUserArenaState)
 }
 
+// userArenaChunkReserveBytes returns the amount of additional bytes to reserve for
+// heap metadata.
+func userArenaChunkReserveBytes() uintptr {
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               // In the allocation headers experiment, we reserve the end of the chunk for
+               // a pointer/scalar bitmap. We also reserve space for a dummy _type that
+               // refers to the bitmap. The PtrBytes field of the dummy _type indicates how
+               // many of those bits are valid.
+               return userArenaChunkBytes/goarch.PtrSize/8 + unsafe.Sizeof(_type{})
+       }
+       return 0
+}
+
 type userArena struct {
        // full is a list of full chunks that have not enough free memory left, and
        // that we'll free once this user arena is freed.
@@ -491,9 +506,9 @@ func (s *mspan) userArenaNextFree(typ *_type, cap int) unsafe.Pointer {
        // Set up heap bitmap and do extra accounting.
        if typ.PtrBytes != 0 {
                if cap >= 0 {
-                       userArenaHeapBitsSetSliceType(typ, cap, ptr, s.base())
+                       userArenaHeapBitsSetSliceType(typ, cap, ptr, s)
                } else {
-                       userArenaHeapBitsSetType(typ, ptr, s.base())
+                       userArenaHeapBitsSetType(typ, ptr, s)
                }
                c := getMCache(mp)
                if c == nil {
@@ -523,13 +538,13 @@ func (s *mspan) userArenaNextFree(typ *_type, cap int) unsafe.Pointer {
 // userArenaHeapBitsSetSliceType is the equivalent of heapBitsSetType but for
 // Go slice backing store values allocated in a user arena chunk. It sets up the
 // heap bitmap for n consecutive values with type typ allocated at address ptr.
-func userArenaHeapBitsSetSliceType(typ *_type, n int, ptr unsafe.Pointer, base uintptr) {
+func userArenaHeapBitsSetSliceType(typ *_type, n int, ptr unsafe.Pointer, s *mspan) {
        mem, overflow := math.MulUintptr(typ.Size_, uintptr(n))
        if overflow || n < 0 || mem > maxAlloc {
                panic(plainError("runtime: allocation size out of range"))
        }
        for i := 0; i < n; i++ {
-               userArenaHeapBitsSetType(typ, add(ptr, uintptr(i)*typ.Size_), base)
+               userArenaHeapBitsSetType(typ, add(ptr, uintptr(i)*typ.Size_), s)
        }
 }
 
@@ -591,9 +606,12 @@ func newUserArenaChunk() (unsafe.Pointer, *mspan) {
                // TODO(mknyszek): Track individual objects.
                rzSize := computeRZlog(span.elemsize)
                span.elemsize -= rzSize
-               span.limit -= rzSize
-               span.userArenaChunkFree = makeAddrRange(span.base(), span.limit)
-               asanpoison(unsafe.Pointer(span.limit), span.npages*pageSize-span.elemsize)
+               if goexperiment.AllocHeaders {
+                       span.largeType.Size_ = span.elemsize
+               }
+               rzStart := span.base() + span.elemsize
+               span.userArenaChunkFree = makeAddrRange(span.base(), rzStart)
+               asanpoison(unsafe.Pointer(rzStart), span.limit-rzStart)
                asanunpoison(unsafe.Pointer(span.base()), span.elemsize)
        }
 
@@ -694,7 +712,7 @@ func (s *mspan) setUserArenaChunkToFault() {
        // the span gets off the quarantine list. The main reason is so that the
        // amount of bytes allocated doesn't exceed how much is counted as
        // "mapped ready," which could cause a deadlock in the pacer.
-       gcController.totalFree.Add(int64(s.npages * pageSize))
+       gcController.totalFree.Add(int64(s.elemsize))
 
        // Update consistent stats to match.
        //
@@ -704,11 +722,11 @@ func (s *mspan) setUserArenaChunkToFault() {
        atomic.Xaddint64(&stats.committed, -int64(s.npages*pageSize))
        atomic.Xaddint64(&stats.inHeap, -int64(s.npages*pageSize))
        atomic.Xadd64(&stats.largeFreeCount, 1)
-       atomic.Xadd64(&stats.largeFree, int64(s.npages*pageSize))
+       atomic.Xadd64(&stats.largeFree, int64(s.elemsize))
        memstats.heapStats.release()
 
        // This counts as a free, so update heapLive.
-       gcController.update(-int64(s.npages*pageSize), 0)
+       gcController.update(-int64(s.elemsize), 0)
 
        // Mark it as free for the race detector.
        if raceenabled {
@@ -856,6 +874,10 @@ func (h *mheap) allocUserArenaChunk() *mspan {
        spc := makeSpanClass(0, false)
        h.initSpan(s, spanAllocHeap, spc, base, userArenaChunkPages)
        s.isUserArenaChunk = true
+       s.elemsize -= userArenaChunkReserveBytes()
+       s.limit = s.base() + s.elemsize
+       s.freeindex = 1
+       s.allocCount = 1
 
        // Account for this new arena chunk memory.
        gcController.heapInUse.add(int64(userArenaChunkBytes))
@@ -866,22 +888,15 @@ func (h *mheap) allocUserArenaChunk() *mspan {
        atomic.Xaddint64(&stats.committed, int64(userArenaChunkBytes))
 
        // Model the arena as a single large malloc.
-       atomic.Xadd64(&stats.largeAlloc, int64(userArenaChunkBytes))
+       atomic.Xadd64(&stats.largeAlloc, int64(s.elemsize))
        atomic.Xadd64(&stats.largeAllocCount, 1)
        memstats.heapStats.release()
 
        // Count the alloc in inconsistent, internal stats.
-       gcController.totalAlloc.Add(int64(userArenaChunkBytes))
+       gcController.totalAlloc.Add(int64(s.elemsize))
 
        // Update heapLive.
-       gcController.update(int64(userArenaChunkBytes), 0)
-
-       // Put the large span in the mcentral swept list so that it's
-       // visible to the background sweeper.
-       h.central[spc].mcentral.fullSwept(h.sweepgen).push(s)
-       s.limit = s.base() + userArenaChunkBytes
-       s.freeindex = 1
-       s.allocCount = 1
+       gcController.update(int64(s.elemsize), 0)
 
        // This must clear the entire heap bitmap so that it's safe
        // to allocate noscan data without writing anything out.
@@ -902,6 +917,19 @@ func (h *mheap) allocUserArenaChunk() *mspan {
        s.freeIndexForScan = 1
 
        // Set up the range for allocation.
-       s.userArenaChunkFree = makeAddrRange(base, s.limit)
+       s.userArenaChunkFree = makeAddrRange(base, base+s.elemsize)
+
+       // Put the large span in the mcentral swept list so that it's
+       // visible to the background sweeper.
+       h.central[spc].mcentral.fullSwept(h.sweepgen).push(s)
+
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               // Set up an allocation header. Avoid write barriers here because this type
+               // is not a real type, and it exists in an invalid location.
+               *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s.largeType)) = uintptr(unsafe.Pointer(s.limit))
+               *(*uintptr)(unsafe.Pointer(&s.largeType.GCData)) = s.limit + unsafe.Sizeof(_type{})
+               s.largeType.PtrBytes = 0
+               s.largeType.Size_ = s.elemsize
+       }
        return s
 }
index 6c2fd8f907a5f6cd48b45bf9b2a860a9fb0dbbf7..f2dd98702d18b3aaf46ca390eb331b701a975689 100644 (file)
@@ -664,19 +664,32 @@ func cgoCheckUnknownPointer(p unsafe.Pointer, msg string) (base, i uintptr) {
                if base == 0 {
                        return
                }
-               n := span.elemsize
-               hbits := heapBitsForAddr(base, n)
-               for {
-                       var addr uintptr
-                       if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
-                               break
+               if goexperiment.AllocHeaders {
+                       tp := span.typePointersOfUnchecked(base)
+                       for {
+                               var addr uintptr
+                               if tp, addr = tp.next(base + span.elemsize); addr == 0 {
+                                       break
+                               }
+                               pp := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))
+                               if cgoIsGoPointer(pp) && !isPinned(pp) {
+                                       panic(errorString(msg))
+                               }
                        }
-                       pp := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))
-                       if cgoIsGoPointer(pp) && !isPinned(pp) {
-                               panic(errorString(msg))
+               } else {
+                       n := span.elemsize
+                       hbits := heapBitsForAddr(base, n)
+                       for {
+                               var addr uintptr
+                               if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
+                                       break
+                               }
+                               pp := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))
+                               if cgoIsGoPointer(pp) && !isPinned(pp) {
+                                       panic(errorString(msg))
+                               }
                        }
                }
-
                return
        }
 
index ec5734a5c7c1126af56fe9f62ea3a8ca233e2318..3d6de4f855dc335ea699dc8dcf79ee157c78fcbd 100644 (file)
@@ -9,6 +9,7 @@ package runtime
 
 import (
        "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "unsafe"
 )
 
@@ -176,16 +177,29 @@ 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
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               tp := s.typePointersOf(uintptr(src), size)
+               for {
+                       var addr uintptr
+                       if tp, addr = tp.next(uintptr(src) + size); addr == 0 {
+                               break
+                       }
+                       v := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))
+                       if cgoIsGoPointer(v) && !isPinned(v) {
+                               throw(cgoWriteBarrierFail)
+                       }
                }
-               v := *(*unsafe.Pointer)(unsafe.Pointer(addr))
-               if cgoIsGoPointer(v) && !isPinned(v) {
-                       throw(cgoWriteBarrierFail)
+       } else {
+               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) && !isPinned(v) {
+                               throw(cgoWriteBarrierFail)
+                       }
                }
        }
 }
index b60c1f0a69d1d44dc5bfa6c7f4e81865234556b1..f889c44b644a5cc684ae5278256a3151cc0368f5 100644 (file)
@@ -9,6 +9,7 @@ package runtime
 import (
        "internal/abi"
        "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "internal/goos"
        "runtime/internal/atomic"
        "runtime/internal/sys"
@@ -326,6 +327,14 @@ func BenchSetTypeSlice[T any](n int, resetTimer func(), len int) {
 // no valid racectx, but if we're instantiated in the runtime_test package,
 // we might accidentally cause runtime code to be incorrectly instrumented.
 func benchSetType(n int, resetTimer func(), len int, x unsafe.Pointer, t *_type) {
+       // This benchmark doesn't work with the allocheaders experiment. It sets up
+       // an elaborate scenario to be able to benchmark the function safely, but doing
+       // this work for the allocheaders' version of the function would be complex.
+       // Just fail instead and rely on the test code making sure we never get here.
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               panic("called benchSetType with allocheaders experiment enabled")
+       }
+
        // Compute the input sizes.
        size := t.Size() * uintptr(len)
 
@@ -340,7 +349,7 @@ func benchSetType(n int, resetTimer func(), len int, x unsafe.Pointer, t *_type)
 
        // Round up the size to the size class to make the benchmark a little more
        // realistic. However, validate it, to make sure this is safe.
-       allocSize := roundupsize(size)
+       allocSize := roundupsize(size, t.PtrBytes == 0)
        if s.npages*pageSize < allocSize {
                panic("backing span not large enough for benchmark")
        }
index 0c21cd43cd9faccc180840cf1bdc1875e1b7f8b7..b80396aa117ce67864d96a587ea05f928db24391 100644 (file)
@@ -6,6 +6,7 @@ package runtime_test
 
 import (
        "fmt"
+       "internal/goexperiment"
        "math/rand"
        "os"
        "reflect"
@@ -457,11 +458,17 @@ func BenchmarkSetTypeNode1024Slice(b *testing.B) {
 }
 
 func benchSetType[T any](b *testing.B) {
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               b.Skip("not supported with allocation headers experiment")
+       }
        b.SetBytes(int64(unsafe.Sizeof(*new(T))))
        runtime.BenchSetType[T](b.N, b.ResetTimer)
 }
 
 func benchSetTypeSlice[T any](b *testing.B, len int) {
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               b.Skip("not supported with allocation headers experiment")
+       }
        b.SetBytes(int64(unsafe.Sizeof(*new(T)) * uintptr(len)))
        runtime.BenchSetTypeSlice[T](b.N, b.ResetTimer, len)
 }
index 787160dc2779c8583240e35f0fcc60b172842da8..5f72caf0ecebfbed9c98ca02e4241ca2ac119262 100644 (file)
@@ -91,10 +91,17 @@ func TestGCInfo(t *testing.T) {
 
 func verifyGCInfo(t *testing.T, name string, p any, mask0 []byte) {
        mask := runtime.GCMask(p)
-       if !bytes.Equal(mask, mask0) {
-               t.Errorf("bad GC program for %v:\nwant %+v\ngot  %+v", name, mask0, mask)
+       if bytes.HasPrefix(mask, mask0) {
+               // Just the prefix matching is OK.
+               //
+               // The Go runtime's pointer/scalar iterator generates pointers beyond
+               // the size of the type, up to the size of the size class. This space
+               // is safe for the GC to scan since it's zero, and GCBits checks to
+               // make sure that's true. But we need to handle the fact that the bitmap
+               // may be larger than we expect.
                return
        }
+       t.Errorf("bad GC program for %v:\nwant %+v\ngot  %+v", name, mask0, mask)
 }
 
 func trimDead(mask []byte) []byte {
index 2394a3e9eb3a1522f2c6021afff7aff59fe00b7c..da9b8093ad61711b1222efae890f433cb965a79d 100644 (file)
@@ -14,6 +14,7 @@ package runtime
 import (
        "internal/abi"
        "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "unsafe"
 )
 
@@ -737,16 +738,28 @@ 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
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               s := spanOf(p)
+               tp := s.typePointersOf(p, size)
+               for {
+                       var addr uintptr
+                       if tp, addr = tp.next(p + size); addr == 0 {
+                               break
+                       }
+                       i := (addr - p) / goarch.PtrSize
+                       tmpbuf[i/8] |= 1 << (i % 8)
+               }
+       } else {
+               hbits := heapBitsForAddr(p, size)
+               for {
+                       var addr uintptr
+                       hbits, addr = hbits.next()
+                       if addr == 0 {
+                               break
+                       }
+                       i := (addr - p) / goarch.PtrSize
+                       tmpbuf[i/8] |= 1 << (i % 8)
                }
-               i := (addr - p) / goarch.PtrSize
-               tmpbuf[i/8] |= 1 << (i % 8)
        }
        return bitvector{int32(nptr), &tmpbuf[0]}
 }
index a071428391eb29d3494dc881b377a2db040872e4..beff9043ece3290815404d4fd151b35b173bfac2 100644 (file)
@@ -102,6 +102,7 @@ package runtime
 
 import (
        "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "internal/goos"
        "runtime/internal/atomic"
        "runtime/internal/math"
@@ -424,6 +425,26 @@ func mallocinit() {
                print("pagesPerArena (", pagesPerArena, ") is not divisible by pagesPerReclaimerChunk (", pagesPerReclaimerChunk, ")\n")
                throw("bad pagesPerReclaimerChunk")
        }
+       if goexperiment.AllocHeaders {
+               // Check that the minimum size (exclusive) for a malloc header is also
+               // a size class boundary. This is important to making sure checks align
+               // across different parts of the runtime.
+               minSizeForMallocHeaderIsSizeClass := false
+               for i := 0; i < len(class_to_size); i++ {
+                       if minSizeForMallocHeader == uintptr(class_to_size[i]) {
+                               minSizeForMallocHeaderIsSizeClass = true
+                               break
+                       }
+               }
+               if !minSizeForMallocHeaderIsSizeClass {
+                       throw("min size of malloc header is not a size class boundary")
+               }
+               // Check that the pointer bitmap for all small sizes without a malloc header
+               // fits in a word.
+               if minSizeForMallocHeader/goarch.PtrSize > 8*goarch.PtrSize {
+                       throw("max pointer/scan bitmap size for headerless objects is too large")
+               }
+       }
 
        if minTagBits > taggedPointerBits {
                throw("taggedPointerbits too small")
@@ -1016,12 +1037,22 @@ func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
                throw("mallocgc called without a P or outside bootstrapping")
        }
        var span *mspan
+       var header **_type
        var x unsafe.Pointer
        noscan := typ == nil || typ.PtrBytes == 0
        // In some cases block zeroing can profitably (for latency reduction purposes)
        // be delayed till preemption is possible; delayedZeroing tracks that state.
        delayedZeroing := false
-       if size <= maxSmallSize {
+       // Determine if it's a 'small' object that goes into a size-classed span.
+       //
+       // Note: This comparison looks a little strange, but it exists to smooth out
+       // the crossover between the largest size class and large objects that have
+       // their own spans. The small window of object sizes between maxSmallSize-mallocHeaderSize
+       // and maxSmallSize will be considered large, even though they might fit in
+       // a size class. In practice this is completely fine, since the largest small
+       // size class has a single object in it already, precisely to make the transition
+       // to large objects smooth.
+       if size <= maxSmallSize-mallocHeaderSize {
                if noscan && size < maxTinySize {
                        // Tiny allocator.
                        //
@@ -1096,6 +1127,10 @@ func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
                        }
                        size = maxTinySize
                } else {
+                       hasHeader := !noscan && !heapBitsInSpan(size)
+                       if goexperiment.AllocHeaders && hasHeader {
+                               size += mallocHeaderSize
+                       }
                        var sizeclass uint8
                        if size <= smallSizeMax-8 {
                                sizeclass = size_to_class8[divRoundUp(size, smallSizeDiv)]
@@ -1113,6 +1148,11 @@ func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
                        if needzero && span.needzero != 0 {
                                memclrNoHeapPointers(x, size)
                        }
+                       if goexperiment.AllocHeaders && hasHeader {
+                               header = (**_type)(x)
+                               x = add(x, mallocHeaderSize)
+                               size -= mallocHeaderSize
+                       }
                }
        } else {
                shouldhelpgc = true
@@ -1128,29 +1168,30 @@ func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
                                delayedZeroing = true
                        } else {
                                memclrNoHeapPointers(x, size)
-                               // We've in theory cleared almost the whole span here,
-                               // and could take the extra step of actually clearing
-                               // the whole thing. However, don't. Any GC bits for the
-                               // uncleared parts will be zero, and it's just going to
-                               // be needzero = 1 once freed anyway.
                        }
                }
+               if goexperiment.AllocHeaders && !noscan {
+                       header = &span.largeType
+               }
        }
-
        if !noscan {
-               var scanSize uintptr
-               heapBitsSetType(uintptr(x), size, dataSize, typ)
-               if dataSize > typ.Size_ {
-                       // Array allocation. If there are any
-                       // pointers, GC has to scan to the last
-                       // element.
-                       if typ.PtrBytes != 0 {
-                               scanSize = dataSize - typ.Size_ + typ.PtrBytes
-                       }
+               if goexperiment.AllocHeaders {
+                       c.scanAlloc += heapSetType(uintptr(x), dataSize, typ, header, span)
                } else {
-                       scanSize = typ.PtrBytes
+                       var scanSize uintptr
+                       heapBitsSetType(uintptr(x), size, dataSize, typ)
+                       if dataSize > typ.Size_ {
+                               // Array allocation. If there are any
+                               // pointers, GC has to scan to the last
+                               // element.
+                               if typ.PtrBytes != 0 {
+                                       scanSize = dataSize - typ.Size_ + typ.PtrBytes
+                               }
+                       } else {
+                               scanSize = typ.PtrBytes
+                       }
+                       c.scanAlloc += scanSize
                }
-               c.scanAlloc += scanSize
        }
 
        // Ensure that the stores above that initialize x to
@@ -1176,7 +1217,12 @@ func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
        // This may be racing with GC so do it atomically if there can be
        // a race marking the bit.
        if gcphase != _GCoff {
-               gcmarknewobject(span, uintptr(x), size)
+               // Pass the full size of the allocation to the number of bytes
+               // marked.
+               //
+               // If !goexperiment.AllocHeaders, "size" doesn't include the
+               // allocation header, so use span.elemsize unconditionally.
+               gcmarknewobject(span, uintptr(x), span.elemsize)
        }
 
        if raceenabled {
@@ -1215,6 +1261,9 @@ func mallocgc(size uintptr, typ *_type, needzero bool) unsafe.Pointer {
                if !noscan {
                        throw("delayed zeroing on data that may contain pointers")
                }
+               if goexperiment.AllocHeaders && header != nil {
+                       throw("unexpected malloc header in delayed zeroing of large object")
+               }
                memclrNoHeapPointersChunked(size, x) // This is a possible preemption point: see #47302
        }
 
index 68ba4e44b83165d65f30567ee675a1eb64da001b..6f5623b1029bfbc44c0110655ca62750ed2f5d71 100644 (file)
@@ -354,7 +354,7 @@ func makeBucketArray(t *maptype, b uint8, dirtyalloc unsafe.Pointer) (buckets un
                // used with this value of b.
                nbuckets += bucketShift(b - 4)
                sz := t.Bucket.Size_ * nbuckets
-               up := roundupsize(sz)
+               up := roundupsize(sz, t.Bucket.PtrBytes == 0)
                if up != sz {
                        nbuckets = up / t.Bucket.Size_
                }
index 5930d294413ea8c65c5060c3755ed35cc43ff7fd..8a6b6a6564275567d58d8e9ad886b72baff4e0d3 100644 (file)
 // as "pointer"). A "0" bit means the word should be ignored by GC
 // (referred to as "scalar", though it could be a dead pointer value).
 //
-// Heap bitmap
+// Heap bitmaps
 //
 // 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/.)
-//
-// 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.
-//
-// The bitmap for noscan spans is set to all zero at span allocation time.
-//
-// The bitmap for unallocated objects in scannable spans is not maintained
+// is stored at the end of a span for small objects and is unrolled at
+// runtime from type metadata for all larger objects. Objects without
+// pointers have neither a bitmap nor associated type metadata.
+//
+// Bits in all cases correspond to words in little-endian order.
+//
+// For small objects, if s is the mspan for the span starting at "start",
+// then s.heapBits() returns a slice containing the bitmap for the whole span.
+// That is, s.heapBits()[0] holds the goarch.PtrSize*8 bits for the first
+// goarch.PtrSize*8 words from "start" through "start+63*ptrSize" in the span.
+// On a related note, small objects are always small enough that their bitmap
+// fits in goarch.PtrSize*8 bits, so writing out bitmap data takes two bitmap
+// writes at most (because object boundaries don't generally lie on
+// s.heapBits()[i] boundaries).
+//
+// For larger objects, if t is the type for the object starting at "start",
+// within some span whose mspan is s, then the bitmap at t.GCData is "tiled"
+// from "start" through "start+s.elemsize".
+// Specifically, the first bit of t.GCData corresponds to the word at "start",
+// the second to the word after "start", and so on up to t.PtrBytes. At t.PtrBytes,
+// we skip to "start+t.Size_" and begin again from there. This process is
+// repeated until we hit "start+s.elemsize".
+// This tiling algorithm supports array data, since the type always refers to
+// the element type of the array. Single objects are considered the same as
+// single-element arrays.
+// The tiling algorithm may scan data past the end of the compiler-recognized
+// object, but any unused data within the allocation slot (i.e. within s.elemsize)
+// is zeroed, so the GC just observes nil pointers.
+// Note that this "tiled" bitmap isn't stored anywhere; it is generated on-the-fly.
+//
+// For objects without their own span, the type metadata is stored in the first
+// word before the object at the beginning of the allocation slot. For objects
+// with their own span, the type metadata is stored in the mspan.
+//
+// The bitmap for small unallocated objects in scannable spans is not maintained
 // (can be junk).
 
 package runtime
@@ -47,153 +63,291 @@ import (
        "unsafe"
 )
 
+const (
+       // A malloc header is functionally a single type pointer, but
+       // we need to use 8 here to ensure 8-byte alignment of allocations
+       // on 32-bit platforms. It's wasteful, but a lot of code relies on
+       // 8-byte alignment for 8-byte atomics.
+       mallocHeaderSize = 8
+
+       // The minimum object size that has a malloc header, exclusive.
+       //
+       // The size of this value controls overheads from the malloc header.
+       // The minimum size is bound by writeHeapBitsSmall, which assumes that the
+       // pointer bitmap for objects of a size smaller than this doesn't cross
+       // more than one pointer-word boundary. This sets an upper-bound on this
+       // value at the number of bits in a uintptr, multiplied by the pointer
+       // size in bytes.
+       //
+       // We choose a value here that has a natural cutover point in terms of memory
+       // overheads. This value just happens to be the maximum possible value this
+       // can be.
+       //
+       // A span with heap bits in it will have 128 bytes of heap bits on 64-bit
+       // platforms, and 256 bytes of heap bits on 32-bit platforms. The first size
+       // class where malloc headers match this overhead for 64-bit platforms is
+       // 512 bytes (8 KiB / 512 bytes * 8 bytes-per-header = 128 bytes of overhead).
+       // On 32-bit platforms, this same point is the 256 byte size class
+       // (8 KiB / 256 bytes * 8 bytes-per-header = 256 bytes of overhead).
+       //
+       // Guaranteed to be exactly at a size class boundary. The reason this value is
+       // an exclusive minimum is subtle. Suppose we're allocating a 504-byte object
+       // and its rounded up to 512 bytes for the size class. If minSizeForMallocHeader
+       // is 512 and an inclusive minimum, then a comparison against minSizeForMallocHeader
+       // by the two values would produce different results. In other words, the comparison
+       // would not be invariant to size-class rounding. Eschewing this property means a
+       // more complex check or possibly storing additional state to determine whether a
+       // span has malloc headers.
+       minSizeForMallocHeader = goarch.PtrSize * ptrBits
+)
+
+// heapBitsInSpan returns true if the size of an object implies its ptr/scalar
+// data is stored at the end of the span, and is accessible via span.heapBits.
+//
+// Note: this works for both rounded-up sizes (span.elemsize) and unrounded
+// type sizes because minSizeForMallocHeader is guaranteed to be at a size
+// class boundary.
+//
+//go:nosplit
+func heapBitsInSpan(userSize uintptr) bool {
+       // N.B. minSizeForMallocHeader is an exclusive minimum so that this function is
+       // invariant under size-class rounding on its input.
+       return userSize <= minSizeForMallocHeader
+}
+
 // heapArenaPtrScalar contains the per-heapArena pointer/scalar metadata for the GC.
 type heapArenaPtrScalar 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
-}
-
-// 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
+       // N.B. This is no longer necessary with allocation headers.
+}
 
-       // The next few pointer bits representing words starting at addr.
-       // Those bits already returned by next() are zeroed.
+// typePointers is an iterator over the pointers in a heap object.
+//
+// Iteration through this type implements the tiling algorithm described at the
+// top of this file.
+type typePointers struct {
+       // elem is the address of the current array element of type typ being iterated over.
+       // Objects that are not arrays are treated as single-element arrays, in which case
+       // this value does not change.
+       elem uintptr
+
+       // addr is the address the iterator is currently working from and describes
+       // the address of the first word referenced by mask.
+       addr uintptr
+
+       // mask is a bitmask where each bit corresponds to pointer-words after addr.
+       // Bit 0 is the pointer-word at addr, Bit 1 is the next word, and so on.
+       // If a bit is 1, then there is a pointer at that word.
+       // nextFast and next mask out bits in this mask as their pointers are processed.
        mask uintptr
-       // Number of bits in mask that are valid. mask is always less than 1<<valid.
-       valid uintptr
+
+       // typ is a pointer to the type information for the heap object's type.
+       // This may be nil if the object is in a span where heapBitsInSpan(span.elemsize) is true.
+       typ *_type
 }
 
-// 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.
+// typePointersOf returns an iterator over all heap pointers in the range [addr, addr+size).
+//
+// addr and addr+size must be in the range [span.base(), span.limit).
+//
+// Note: addr+size must be passed as the limit argument to the iterator's next method on
+// each iteration. This slightly awkward API is to allow typePointers to be destructured
+// by the compiler.
 //
 // 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.
-       } 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
-               }
+func (span *mspan) typePointersOf(addr, size uintptr) typePointers {
+       base := span.objBase(addr)
+       tp := span.typePointersOfUnchecked(base)
+       if base == addr && size == span.elemsize {
+               return tp
        }
-
-       return heapBits{addr: addr, size: size, mask: mask, valid: valid}
+       return tp.fastForward(addr-tp.addr, addr+size)
 }
 
-// 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.
+// typePointersOfUnchecked is like typePointersOf, but assumes addr is the base
+// pointer of an object in span. It returns an iterator that generates all pointers
+// in the range [addr, addr+span.elemsize).
 //
 // nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
 //
 //go:nosplit
-func (h heapBits) next() (heapBits, uintptr) {
-       for {
-               if h.mask != 0 {
-                       var i int
-                       if goarch.PtrSize == 8 {
-                               i = sys.TrailingZeros64(uint64(h.mask))
-                       } else {
-                               i = sys.TrailingZeros32(uint32(h.mask))
-                       }
-                       h.mask ^= uintptr(1) << (i & (ptrBits - 1))
-                       return h, h.addr + uintptr(i)*goarch.PtrSize
-               }
+func (span *mspan) typePointersOfUnchecked(addr uintptr) typePointers {
+       const doubleCheck = false
+       if doubleCheck && span.objBase(addr) != addr {
+               print("runtime: addr=", addr, " base=", span.objBase(addr), "\n")
+               throw("typePointersOfUnchecked consisting of non-base-address for object")
+       }
 
-               // 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
-               }
+       spc := span.spanclass
+       if spc.noscan() {
+               return typePointers{}
+       }
+       if heapBitsInSpan(span.elemsize) {
+               // Handle header-less objects.
+               return typePointers{elem: addr, addr: addr, mask: span.heapBitsSmallForAddr(addr)}
+       }
 
-               // Grab more bits and try again.
-               h = heapBitsForAddr(h.addr, h.size)
+       // All of these objects have a header.
+       var typ *_type
+       if spc.sizeclass() != 0 {
+               // Pull the allocation header from the first word of the object.
+               typ = *(**_type)(unsafe.Pointer(addr))
+               addr += mallocHeaderSize
+       } else {
+               typ = span.largeType
        }
+       gcdata := typ.GCData
+       return typePointers{elem: addr, addr: addr, mask: readUintptr(gcdata), typ: typ}
 }
 
-// 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.
+// nextFast is the fast path of next. nextFast is written to be inlineable and,
+// as the name implies, fast.
 //
-//     if addr, h = h.nextFast(); addr == 0 {
-//         if addr, h = h.next(); addr == 0 {
-//             ... no more pointers ...
-//         }
+// Callers that are performance-critical should iterate using the following
+// pattern:
+//
+//     for {
+//             var addr uintptr
+//             if tp, addr = tp.nextFast(); addr == 0 {
+//                     if tp, addr = tp.next(limit); addr == 0 {
+//                             break
+//                     }
+//             }
+//             // Use addr.
+//             ...
 //     }
-//     ... process pointer at addr ...
 //
-// nextFast is designed to be inlineable.
+// nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
 //
 //go:nosplit
-func (h heapBits) nextFast() (heapBits, uintptr) {
+func (tp typePointers) nextFast() (typePointers, uintptr) {
        // TESTQ/JEQ
-       if h.mask == 0 {
-               return h, 0
+       if tp.mask == 0 {
+               return tp, 0
        }
        // BSFQ
        var i int
        if goarch.PtrSize == 8 {
-               i = sys.TrailingZeros64(uint64(h.mask))
+               i = sys.TrailingZeros64(uint64(tp.mask))
        } else {
-               i = sys.TrailingZeros32(uint32(h.mask))
+               i = sys.TrailingZeros32(uint32(tp.mask))
        }
        // BTCQ
-       h.mask ^= uintptr(1) << (i & (ptrBits - 1))
+       tp.mask ^= uintptr(1) << (i & (ptrBits - 1))
        // LEAQ (XX)(XX*8)
-       return h, h.addr + uintptr(i)*goarch.PtrSize
+       return tp, tp.addr + uintptr(i)*goarch.PtrSize
+}
+
+// next advances the pointers iterator, returning the updated iterator and
+// the address of the next pointer.
+//
+// limit must be the same each time it is passed to next.
+//
+// nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
+//
+//go:nosplit
+func (tp typePointers) next(limit uintptr) (typePointers, uintptr) {
+       for {
+               if tp.mask != 0 {
+                       return tp.nextFast()
+               }
+
+               // Stop if we don't actually have type information.
+               if tp.typ == nil {
+                       return typePointers{}, 0
+               }
+
+               // Advance to the next element if necessary.
+               if tp.addr+goarch.PtrSize*ptrBits >= tp.elem+tp.typ.PtrBytes {
+                       tp.elem += tp.typ.Size_
+                       tp.addr = tp.elem
+               } else {
+                       tp.addr += ptrBits * goarch.PtrSize
+               }
+
+               // Check if we've exceeded the limit with the last update.
+               if tp.addr >= limit {
+                       return typePointers{}, 0
+               }
+
+               // Grab more bits and try again.
+               tp.mask = readUintptr(addb(tp.typ.GCData, (tp.addr-tp.elem)/goarch.PtrSize/8))
+               if tp.addr+goarch.PtrSize*ptrBits > limit {
+                       bits := (tp.addr + goarch.PtrSize*ptrBits - limit) / goarch.PtrSize
+                       tp.mask &^= ((1 << (bits)) - 1) << (ptrBits - bits)
+               }
+       }
+}
+
+// fastForward moves the iterator forward by n bytes. n must be a multiple
+// of goarch.PtrSize. limit must be the same limit passed to next for this
+// iterator.
+//
+// nosplit because it is used during write barriers and must not be preempted.
+//
+//go:nosplit
+func (tp typePointers) fastForward(n, limit uintptr) typePointers {
+       // Basic bounds check.
+       target := tp.addr + n
+       if target >= limit {
+               return typePointers{}
+       }
+       if tp.typ == nil {
+               // Handle small objects.
+               // Clear any bits before the target address.
+               tp.mask &^= (1 << ((target - tp.addr) / goarch.PtrSize)) - 1
+               // Clear any bits past the limit.
+               if tp.addr+goarch.PtrSize*ptrBits > limit {
+                       bits := (tp.addr + goarch.PtrSize*ptrBits - limit) / goarch.PtrSize
+                       tp.mask &^= ((1 << (bits)) - 1) << (ptrBits - bits)
+               }
+               return tp
+       }
+
+       // Move up elem and addr.
+       // Offsets within an element are always at a ptrBits*goarch.PtrSize boundary.
+       if n >= tp.typ.Size_ {
+               // elem needs to be moved to the element containing
+               // tp.addr + n.
+               oldelem := tp.elem
+               tp.elem += (tp.addr - tp.elem + n) / tp.typ.Size_ * tp.typ.Size_
+               tp.addr = tp.elem + alignDown(n-(tp.elem-oldelem), ptrBits*goarch.PtrSize)
+       } else {
+               tp.addr += alignDown(n, ptrBits*goarch.PtrSize)
+       }
+
+       if tp.addr-tp.elem >= tp.typ.PtrBytes {
+               // We're starting in the non-pointer area of an array.
+               // Move up to the next element.
+               tp.elem += tp.typ.Size_
+               tp.addr = tp.elem
+               tp.mask = readUintptr(tp.typ.GCData)
+
+               // We may have exceeded the limit after this. Bail just like next does.
+               if tp.addr >= limit {
+                       return typePointers{}
+               }
+       } else {
+               // Grab the mask, but then clear any bits before the target address and any
+               // bits over the limit.
+               tp.mask = readUintptr(addb(tp.typ.GCData, (tp.addr-tp.elem)/goarch.PtrSize/8))
+               tp.mask &^= (1 << ((target - tp.addr) / goarch.PtrSize)) - 1
+       }
+       if tp.addr+goarch.PtrSize*ptrBits > limit {
+               bits := (tp.addr + goarch.PtrSize*ptrBits - limit) / goarch.PtrSize
+               tp.mask &^= ((1 << (bits)) - 1) << (ptrBits - bits)
+       }
+       return tp
+}
+
+// objBase returns the base pointer for the object containing addr in span.
+//
+// Assumes that addr points into a valid part of span (span.base() <= addr < span.limit).
+//
+//go:nosplit
+func (span *mspan) objBase(addr uintptr) uintptr {
+       return span.base() + span.objIndex(addr)*span.elemsize
 }
 
 // bulkBarrierPreWrite executes a write barrier
@@ -230,7 +384,8 @@ func bulkBarrierPreWrite(dst, src, size uintptr) {
        if !writeBarrier.enabled {
                return
        }
-       if s := spanOf(dst); s == nil {
+       s := spanOf(dst)
+       if s == nil {
                // If dst is a global, use the data or BSS bitmaps to
                // execute write barriers.
                for _, datap := range activeModules() {
@@ -255,13 +410,13 @@ func bulkBarrierPreWrite(dst, src, size uintptr) {
                // though that should never have.
                return
        }
-
        buf := &getg().m.p.ptr().wbBuf
-       h := heapBitsForAddr(dst, size)
+
+       tp := s.typePointersOf(dst, size)
        if src == 0 {
                for {
                        var addr uintptr
-                       if h, addr = h.next(); addr == 0 {
+                       if tp, addr = tp.next(dst + size); addr == 0 {
                                break
                        }
                        dstx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addr))
@@ -271,7 +426,7 @@ func bulkBarrierPreWrite(dst, src, size uintptr) {
        } else {
                for {
                        var addr uintptr
-                       if h, addr = h.next(); addr == 0 {
+                       if tp, addr = tp.next(dst + size); addr == 0 {
                                break
                        }
                        dstx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addr))
@@ -301,10 +456,10 @@ func bulkBarrierPreWriteSrcOnly(dst, src, size uintptr) {
                return
        }
        buf := &getg().m.p.ptr().wbBuf
-       h := heapBitsForAddr(dst, size)
+       tp := spanOf(dst).typePointersOf(dst, size)
        for {
                var addr uintptr
-               if h, addr = h.next(); addr == 0 {
+               if tp, addr = tp.next(dst + size); addr == 0 {
                        break
                }
                srcx := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addr - dst + src))
@@ -314,47 +469,36 @@ func bulkBarrierPreWriteSrcOnly(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. If force is true, clears all bits.
+//
+// TODO(mknyszek): This should set the heap bits for single pointer
+// allocations eagerly to avoid calling heapSetType at allocation time,
+// just to write one bit.
 func (s *mspan) initHeapBits(forceClear bool) {
-       if forceClear || s.spanclass.noscan() {
-               // Set all the pointer bits to zero. We do this once
-               // when the span is allocated so we don't have to do it
-               // for each object allocation.
-               base := s.base()
-               size := s.npages * pageSize
-               h := writeHeapBitsForAddr(base)
-               h.flush(base, size)
-               return
-       }
-       isPtrs := goarch.PtrSize == 8 && s.elemsize == goarch.PtrSize
-       if !isPtrs {
-               return // nothing to do
-       }
-       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 (!s.spanclass.noscan() && heapBitsInSpan(s.elemsize)) || s.isUserArenaChunk {
+               b := s.heapBits()
+               for i := range b {
+                       b[i] = 0
+               }
        }
-       h.flush(s.base(), size)
 }
 
 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
+       offset uintptr // offset in span 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) {
+func (s *mspan) writeHeapBits(addr uintptr) (h writeHeapBits) {
+       offset := addr - s.base()
+
        // 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
+       h.low = offset / goarch.PtrSize % ptrBits
 
        // round down to heap word that starts the bitmap word.
-       h.addr = addr - h.low*goarch.PtrSize
+       h.offset = offset - h.low*goarch.PtrSize
 
        // We don't have any bits yet.
        h.mask = 0
@@ -365,7 +509,7 @@ func writeHeapBitsForAddr(addr uintptr) (h writeHeapBits) {
 
 // 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 {
+func (h writeHeapBits) write(s *mspan, bits, valid uintptr) writeHeapBits {
        if h.valid+valid <= ptrBits {
                // Fast path - just accumulate the bits.
                h.mask |= bits << h.valid
@@ -380,48 +524,43 @@ func (h writeHeapBits) write(bits, valid uintptr) writeHeapBits {
        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
+       idx := h.offset / (ptrBits * goarch.PtrSize)
        m := uintptr(1)<<h.low - 1
-       ha.bitmap[idx] = ha.bitmap[idx]&m | data
+       bitmap := s.heapBits()
+       bitmap[idx] = 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.offset += ptrBits * goarch.PtrSize
        h.low = 0
        return h
 }
 
 // Add padding of size bytes.
-func (h writeHeapBits) pad(size uintptr) writeHeapBits {
+func (h writeHeapBits) pad(s *mspan, size uintptr) writeHeapBits {
        if size == 0 {
                return h
        }
        words := size / goarch.PtrSize
        for words > ptrBits {
-               h = h.write(0, ptrBits)
+               h = h.write(s, 0, ptrBits)
                words -= ptrBits
        }
-       return h.write(0, words)
+       return h.write(s, 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) {
+func (h writeHeapBits) flush(s *mspan, addr, size uintptr) {
+       offset := addr - s.base()
+
        // 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
+       zeros := (offset+size-h.offset)/goarch.PtrSize - h.valid
 
        // Add zero bits up to the bitmap word boundary
        if zeros > 0 {
@@ -434,26 +573,21 @@ func (h writeHeapBits) flush(addr, size uintptr) {
        }
 
        // 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
+       bitmap := s.heapBits()
+       idx := h.offset / (ptrBits * goarch.PtrSize)
 
        // 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
+               bitmap[idx] = 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
+       h.offset += 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
@@ -462,213 +596,395 @@ func (h writeHeapBits) flush(addr, size uintptr) {
        // 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
+               idx := h.offset / (ptrBits * goarch.PtrSize)
                if zeros < ptrBits {
-                       ha.bitmap[idx] &^= uintptr(1)<<zeros - 1
+                       bitmap[idx] &^= uintptr(1)<<zeros - 1
                        break
                } else if zeros == ptrBits {
-                       ha.bitmap[idx] = 0
+                       bitmap[idx] = 0
                        break
                } else {
-                       ha.bitmap[idx] = 0
+                       bitmap[idx] = 0
                        zeros -= ptrBits
                }
-               ha.noMorePtrs[idx/8] |= uint8(1) << (idx % 8)
-               h.addr += ptrBits * goarch.PtrSize
+               h.offset += ptrBits * goarch.PtrSize
        }
 }
 
-// heapBitsSetType records that the new allocation [x, x+size)
+// heapBits returns the heap ptr/scalar bits stored at the end of the span for
+// small object spans.
+//
+// heapBitsInSpan(span.elemsize) or span.isUserArenaChunk must be true.
+//
+//go:nosplit
+func (span *mspan) heapBits() []uintptr {
+       const doubleCheck = false
+
+       if doubleCheck && !span.isUserArenaChunk {
+               if span.spanclass.noscan() {
+                       throw("heapBits called for noscan")
+               }
+               if span.elemsize > minSizeForMallocHeader {
+                       throw("heapBits called for span class that should have a malloc header")
+               }
+       }
+       // Find the bitmap at the end of the span.
+       //
+       // Nearly every span with heap bits is exactly one page in size. Arenas are the only exception.
+       if span.npages == 1 {
+               // This will be inlined and constant-folded down.
+               return heapBitsSlice(span.base(), pageSize)
+       }
+       return heapBitsSlice(span.base(), span.npages*pageSize)
+}
+
+// Helper for constructing a slice for the span's heap bits.
+//
+//go:nosplit
+func heapBitsSlice(spanBase, spanSize uintptr) []uintptr {
+       bitmapSize := spanSize / goarch.PtrSize / 8
+       elems := int(bitmapSize / goarch.PtrSize)
+       var sl notInHeapSlice
+       sl = notInHeapSlice{(*notInHeap)(unsafe.Pointer(spanBase + spanSize - bitmapSize)), elems, elems}
+       return *(*[]uintptr)(unsafe.Pointer(&sl))
+}
+
+// heapBitsSmallForAddr loads the heap bits for the object stored at addr from span.heapBits.
+//
+// addr must be the base pointer of an object in the span. heapBitsInSpan(span.elemsize)
+// must be true.
+//
+//go:nosplit
+func (span *mspan) heapBitsSmallForAddr(addr uintptr) uintptr {
+       spanSize := span.npages * pageSize
+       bitmapSize := spanSize / goarch.PtrSize / 8
+       hbits := (*byte)(unsafe.Pointer(span.base() + spanSize - bitmapSize))
+
+       // These objects are always small enough that their bitmaps
+       // fit in a single word, so just load the word or two we need.
+       //
+       // Mirrors mspan.writeHeapBitsSmall.
+       //
+       // We should be using heapBits(), but unfortunately it introduces
+       // both bounds checks panics and throw which causes us to exceed
+       // the nosplit limit in quite a few cases.
+       i := (addr - span.base()) / goarch.PtrSize / ptrBits
+       j := (addr - span.base()) / goarch.PtrSize % ptrBits
+       bits := span.elemsize / goarch.PtrSize
+       word0 := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addb(hbits, goarch.PtrSize*(i+0))))
+       word1 := (*uintptr)(unsafe.Pointer(addb(hbits, goarch.PtrSize*(i+1))))
+
+       var read uintptr
+       if j+bits > ptrBits {
+               // Two reads.
+               bits0 := ptrBits - j
+               bits1 := bits - bits0
+               read = *word0 >> j
+               read |= (*word1 & ((1 << bits1) - 1)) << bits0
+       } else {
+               // One read.
+               read = (*word0 >> j) & ((1 << bits) - 1)
+       }
+       return read
+}
+
+// writeHeapBitsSmall writes the heap bits for small objects whose ptr/scalar data is
+// stored as a bitmap at the end of the span.
+//
+// Assumes dataSize is <= ptrBits*goarch.PtrSize. x must be a pointer into the span.
+// heapBitsInSpan(dataSize) must be true. dataSize must be >= typ.Size_.
+//
+//go:nosplit
+func (span *mspan) writeHeapBitsSmall(x, dataSize uintptr, typ *_type) (scanSize uintptr) {
+       // The objects here are always really small, so a single load is sufficient.
+       src0 := readUintptr(typ.GCData)
+
+       // Create repetitions of the bitmap if we have a small array.
+       bits := span.elemsize / goarch.PtrSize
+       scanSize = typ.PtrBytes
+       src := src0
+       switch typ.Size_ {
+       case goarch.PtrSize:
+               src = (1 << (dataSize / goarch.PtrSize)) - 1
+       default:
+               for i := typ.Size_; i < dataSize; i += typ.Size_ {
+                       src |= src0 << (i / goarch.PtrSize)
+                       scanSize += typ.Size_
+               }
+       }
+
+       // Since we're never writing more than one uintptr's worth of bits, we're either going
+       // to do one or two writes.
+       dst := span.heapBits()
+       o := (x - span.base()) / goarch.PtrSize
+       i := o / ptrBits
+       j := o % ptrBits
+       if j+bits > ptrBits {
+               // Two writes.
+               bits0 := ptrBits - j
+               bits1 := bits - bits0
+               dst[i+0] = dst[i+0]&(^uintptr(0)>>bits0) | (src << j)
+               dst[i+1] = dst[i+1]&^((1<<bits1)-1) | (src >> bits0)
+       } else {
+               // One write.
+               dst[i] = (dst[i] &^ (((1 << bits) - 1) << j)) | (src << j)
+       }
+
+       const doubleCheck = false
+       if doubleCheck {
+               srcRead := span.heapBitsSmallForAddr(x)
+               if srcRead != src {
+                       print("runtime: x=", hex(x), " i=", i, " j=", j, " bits=", bits, "\n")
+                       print("runtime: dataSize=", dataSize, " typ.Size_=", typ.Size_, " typ.PtrBytes=", typ.PtrBytes, "\n")
+                       print("runtime: src0=", hex(src0), " src=", hex(src), " srcRead=", hex(srcRead), "\n")
+                       throw("bad pointer bits written for small object")
+               }
+       }
+       return
+}
+
+// For !goexperiment.AllocHeaders.
+func heapBitsSetType(x, size, dataSize uintptr, typ *_type) {
+}
+
+// heapSetType 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.)
 // If dataSize < size, the fragment [x+dataSize, x+size) is
 // recorded as non-pointer data.
 // It is known that the type has pointers somewhere;
-// malloc does not call heapBitsSetType when there are no pointers,
-// because all free objects are marked as noscan during
-// 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,
-// so there are no write-write races for access to the heap bitmap.
-// Hence, heapBitsSetType can access the bitmap without atomics.
-//
-// There can be read-write races between heapBitsSetType and things
-// that read the heap bitmap like scanobject. However, since
-// heapBitsSetType is only used for objects that have not yet been
+// malloc does not call heapSetType when there are no pointers.
+//
+// There can be read-write races between heapSetType and things
+// that read the heap metadata like scanobject. However, since
+// heapSetType is only used for objects that have not yet been
 // made reachable, readers will ignore bits being modified by this
 // function. This does mean this function cannot transiently modify
-// bits that belong to neighboring objects. Also, on weakly-ordered
+// shared memory that belongs to neighboring objects. Also, on weakly-ordered
 // 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 = false // 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")
-       }
-
-       if goarch.PtrSize == 8 && size == goarch.PtrSize {
-               // It's one word and it has pointers, it must be a pointer.
-               // Since all allocated one-word objects are pointers
-               // (non-pointers are aggregated into tinySize allocations),
-               // (*mspan).initHeapBits sets the pointer bits for us.
-               // Nothing to do here.
-               if doubleCheck {
-                       h, addr := heapBitsForAddr(x, size).next()
-                       if addr != x {
-                               throw("heapBitsSetType: pointer bit missing")
-                       }
-                       _, addr = h.next()
-                       if addr != 0 {
-                               throw("heapBitsSetType: second pointer bit found")
+func heapSetType(x, dataSize uintptr, typ *_type, header **_type, span *mspan) (scanSize uintptr) {
+       const doubleCheck = false
+
+       gctyp := typ
+       if header == nil {
+               if doubleCheck && (!heapBitsInSpan(dataSize) || !heapBitsInSpan(span.elemsize)) {
+                       throw("tried to write heap bits, but no heap bits in span")
+               }
+               // Handle the case where we have no malloc header.
+               scanSize = span.writeHeapBitsSmall(x, dataSize, typ)
+       } else {
+               if typ.Kind_&kindGCProg != 0 {
+                       // Allocate space to unroll the gcprog. This space will consist of
+                       // a dummy _type value and the unrolled gcprog. The dummy _type will
+                       // refer to the bitmap, and the mspan will refer to the dummy _type.
+                       if span.spanclass.sizeclass() != 0 {
+                               throw("GCProg for type that isn't large")
                        }
+                       spaceNeeded := alignUp(unsafe.Sizeof(_type{}), goarch.PtrSize)
+                       heapBitsOff := spaceNeeded
+                       spaceNeeded += alignUp(typ.PtrBytes/goarch.PtrSize/8, goarch.PtrSize)
+                       npages := alignUp(spaceNeeded, pageSize) / pageSize
+                       var progSpan *mspan
+                       systemstack(func() {
+                               progSpan = mheap_.allocManual(npages, spanAllocPtrScalarBits)
+                               memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(progSpan.base()), progSpan.npages*pageSize)
+                       })
+                       // Write a dummy _type in the new space.
+                       //
+                       // We only need to write size, PtrBytes, and GCData, since that's all
+                       // the GC cares about.
+                       gctyp = (*_type)(unsafe.Pointer(progSpan.base()))
+                       gctyp.Kind_ |= kindGCProg
+                       gctyp.Size_ = typ.Size_
+                       gctyp.PtrBytes = typ.PtrBytes
+                       gctyp.GCData = (*byte)(add(unsafe.Pointer(progSpan.base()), heapBitsOff))
+
+                       // Expand the GC program into space reserved at the end of the object.
+                       runGCProg(addb(typ.GCData, 4), gctyp.GCData)
                }
-               return
+
+               // Write out the header.
+               *header = gctyp
+               scanSize = span.elemsize
        }
 
-       h := writeHeapBitsForAddr(x)
+       if doubleCheck {
+               doubleCheckHeapPointers(x, dataSize, gctyp, header, span)
+
+               // To exercise the less common path more often, generate
+               // a random interior pointer and make sure iterating from
+               // that point works correctly too.
+               maxIterBytes := span.elemsize
+               if header == nil {
+                       maxIterBytes = dataSize
+               }
+               off := alignUp(uintptr(fastrand())%dataSize, goarch.PtrSize)
+               size := dataSize - off
+               if size == 0 {
+                       off -= goarch.PtrSize
+                       size += goarch.PtrSize
+               }
+               interior := x + off
+               size -= alignDown(uintptr(fastrand())%size, goarch.PtrSize)
+               if size == 0 {
+                       size = goarch.PtrSize
+               }
+               // Round up the type to the size of the type.
+               size = (size + gctyp.Size_ - 1) / gctyp.Size_ * gctyp.Size_
+               if interior+size > x+maxIterBytes {
+                       size = x + maxIterBytes - interior
+               }
+               doubleCheckHeapPointersInterior(x, interior, size, dataSize, gctyp, header, span)
+       }
+       return
+}
 
-       // 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
+func doubleCheckHeapPointers(x, dataSize uintptr, typ *_type, header **_type, span *mspan) {
+       // Check that scanning the full object works.
+       tp := span.typePointersOfUnchecked(span.objBase(x))
+       maxIterBytes := span.elemsize
+       if header == nil {
+               maxIterBytes = dataSize
+       }
+       bad := false
+       for i := uintptr(0); i < maxIterBytes; i += goarch.PtrSize {
+               // Compute the pointer bit we want at offset i.
+               want := false
+               if i < span.elemsize {
+                       off := i % typ.Size_
+                       if off < typ.PtrBytes {
+                               j := off / goarch.PtrSize
+                               want = *addb(typ.GCData, j/8)>>(j%8)&1 != 0
                        }
-                       h = h.write(uintptr(*p), j)
-
-                       if i+typ.Size_ == dataSize {
-                               break // no padding after last element
+               }
+               if want {
+                       var addr uintptr
+                       tp, addr = tp.next(x + span.elemsize)
+                       if addr == 0 {
+                               println("runtime: found bad iterator")
+                       }
+                       if addr != x+i {
+                               print("runtime: addr=", hex(addr), " x+i=", hex(x+i), "\n")
+                               bad = true
                        }
-
-                       // Pad with zeros to the start of the next element.
-                       h = h.pad(typ.Size_ - n*goarch.PtrSize)
                }
-
-               h.flush(x, size)
-
-               // Erase the expanded GC program.
-               memclrNoHeapPointers(unsafe.Pointer(obj), (n+7)/8)
-               return
        }
+       if !bad {
+               var addr uintptr
+               tp, addr = tp.next(x + span.elemsize)
+               if addr == 0 {
+                       return
+               }
+               println("runtime: extra pointer:", hex(addr))
+       }
+       print("runtime: hasHeader=", header != nil, " typ.Size_=", typ.Size_, " hasGCProg=", typ.Kind_&kindGCProg != 0, "\n")
+       print("runtime: x=", hex(x), " dataSize=", dataSize, " elemsize=", span.elemsize, "\n")
+       print("runtime: typ=", unsafe.Pointer(typ), " typ.PtrBytes=", typ.PtrBytes, "\n")
+       print("runtime: limit=", hex(x+span.elemsize), "\n")
+       tp = span.typePointersOfUnchecked(x)
+       dumpTypePointers(tp)
+       for {
+               var addr uintptr
+               if tp, addr = tp.next(x + span.elemsize); addr == 0 {
+                       println("runtime: would've stopped here")
+                       dumpTypePointers(tp)
+                       break
+               }
+               print("runtime: addr=", hex(addr), "\n")
+               dumpTypePointers(tp)
+       }
+       throw("heapSetType: pointer entry not correct")
+}
 
-       // Note about sizes:
-       //
-       // typ.Size is the number of words in the object,
-       // and typ.PtrBytes is the number of words in the prefix
-       // of the object that contains pointers. That is, the final
-       // typ.Size - typ.PtrBytes words contain no pointers.
-       // This allows optimization of a common pattern where
-       // an object has a small header followed by a large scalar
-       // buffer. If we know the pointers are over, we don't have
-       // to scan the buffer's heap bitmap at all.
-       // The 1-bit ptrmasks are sized to contain only bits for
-       // the typ.PtrBytes 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.
-       //
-       // 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".
-
-       ptrs := typ.PtrBytes / goarch.PtrSize
-       if typ.Size_ == dataSize { // Single element
-               if ptrs <= ptrBits { // Single small element
-                       m := readUintptr(typ.GCData)
-                       h = h.write(m, ptrs)
-               } else { // Single large element
-                       p := typ.GCData
-                       for {
-                               h = h.write(readUintptr(p), ptrBits)
-                               p = addb(p, ptrBits/8)
-                               ptrs -= ptrBits
-                               if ptrs <= ptrBits {
-                                       break
-                               }
-                       }
-                       m := readUintptr(p)
-                       h = h.write(m, ptrs)
-               }
-       } else { // Repeated element
-               words := typ.Size_ / goarch.PtrSize // total words, including scalar tail
-               if words <= ptrBits {               // Repeated small element
-                       n := dataSize / typ.Size_
-                       m := readUintptr(typ.GCData)
-                       // Make larger unit to repeat
-                       for words <= ptrBits/2 {
-                               if n&1 != 0 {
-                                       h = h.write(m, words)
-                               }
-                               n /= 2
-                               m |= m << words
-                               ptrs += words
-                               words *= 2
-                               if n == 1 {
-                                       break
-                               }
+func doubleCheckHeapPointersInterior(x, interior, size, dataSize uintptr, typ *_type, header **_type, span *mspan) {
+       bad := false
+       if interior < x {
+               print("runtime: interior=", hex(interior), " x=", hex(x), "\n")
+               throw("found bad interior pointer")
+       }
+       off := interior - x
+       tp := span.typePointersOf(interior, size)
+       for i := off; i < off+size; i += goarch.PtrSize {
+               // Compute the pointer bit we want at offset i.
+               want := false
+               if i < span.elemsize {
+                       off := i % typ.Size_
+                       if off < typ.PtrBytes {
+                               j := off / goarch.PtrSize
+                               want = *addb(typ.GCData, j/8)>>(j%8)&1 != 0
                        }
-                       for n > 1 {
-                               h = h.write(m, words)
-                               n--
+               }
+               if want {
+                       var addr uintptr
+                       tp, addr = tp.next(interior + size)
+                       if addr == 0 {
+                               println("runtime: found bad iterator")
+                               bad = true
                        }
-                       h = h.write(m, ptrs)
-               } else { // Repeated large element
-                       for i := uintptr(0); true; i += typ.Size_ {
-                               p := typ.GCData
-                               j := ptrs
-                               for j > ptrBits {
-                                       h = h.write(readUintptr(p), ptrBits)
-                                       p = addb(p, ptrBits/8)
-                                       j -= ptrBits
-                               }
-                               m := readUintptr(p)
-                               h = h.write(m, j)
-                               if i+typ.Size_ == dataSize {
-                                       break // don't need the trailing nonptr bits on the last element.
-                               }
-                               // Pad with zeros to the start of the next element.
-                               h = h.pad(typ.Size_ - typ.PtrBytes)
+                       if addr != x+i {
+                               print("runtime: addr=", hex(addr), " x+i=", hex(x+i), "\n")
+                               bad = true
                        }
                }
        }
-       h.flush(x, size)
+       if !bad {
+               var addr uintptr
+               tp, addr = tp.next(interior + size)
+               if addr == 0 {
+                       return
+               }
+               println("runtime: extra pointer:", hex(addr))
+       }
+       print("runtime: hasHeader=", header != nil, " typ.Size_=", typ.Size_, "\n")
+       print("runtime: x=", hex(x), " dataSize=", dataSize, " elemsize=", span.elemsize, " interior=", hex(interior), " size=", size, "\n")
+       print("runtime: limit=", hex(interior+size), "\n")
+       tp = span.typePointersOf(interior, size)
+       dumpTypePointers(tp)
+       for {
+               var addr uintptr
+               if tp, addr = tp.next(interior + size); addr == 0 {
+                       println("runtime: would've stopped here")
+                       dumpTypePointers(tp)
+                       break
+               }
+               print("runtime: addr=", hex(addr), "\n")
+               dumpTypePointers(tp)
+       }
 
-       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.PtrBytes {
-                                       j := off / goarch.PtrSize
-                                       want = *addb(typ.GCData, j/8)>>(j%8)&1 != 0
-                               }
-                       }
-                       if want {
-                               var addr uintptr
-                               h, addr = h.next()
-                               if addr != x+i {
-                                       throw("heapBitsSetType: pointer entry not correct")
-                               }
+       print("runtime: want: ")
+       for i := off; i < off+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.PtrBytes {
+                               j := off / goarch.PtrSize
+                               want = *addb(typ.GCData, j/8)>>(j%8)&1 != 0
                        }
                }
-               if _, addr := h.next(); addr != 0 {
-                       throw("heapBitsSetType: extra pointer")
+               if want {
+                       print("1")
+               } else {
+                       print("0")
+               }
+       }
+       println()
+
+       throw("heapSetType: pointer entry not correct")
+}
+
+func dumpTypePointers(tp typePointers) {
+       print("runtime: tp.elem=", hex(tp.elem), " tp.typ=", unsafe.Pointer(tp.typ), "\n")
+       print("runtime: tp.addr=", hex(tp.addr), " tp.mask=")
+       for i := uintptr(0); i < ptrBits; i++ {
+               if tp.mask&(uintptr(1)<<i) != 0 {
+                       print("1")
+               } else {
+                       print("0")
                }
        }
+       println()
 }
 
 // Testing.
@@ -712,16 +1028,33 @@ func getgcmask(ep any) (mask []byte) {
                if s.spanclass.noscan() {
                        return nil
                }
-               n := s.elemsize
-               hbits := heapBitsForAddr(base, n)
-               mask = make([]byte, n/goarch.PtrSize)
+               limit := base + s.elemsize
+
+               // Move the base up to the iterator's start, because
+               // we want to hide evidence of a malloc header from the
+               // caller.
+               tp := s.typePointersOfUnchecked(base)
+               base = tp.addr
+
+               // Unroll the full bitmap the GC would actually observe.
+               mask = make([]byte, (limit-base)/goarch.PtrSize)
                for {
                        var addr uintptr
-                       if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
+                       if tp, addr = tp.next(limit); addr == 0 {
                                break
                        }
                        mask[(addr-base)/goarch.PtrSize] = 1
                }
+
+               // Double-check that every part of the ptr/scalar we're not
+               // showing the caller is zeroed. This keeps us honest that
+               // that information is actually irrelevant.
+               for i := limit; i < s.elemsize; i++ {
+                       if *(*byte)(unsafe.Pointer(i)) != 0 {
+                               throw("found non-zeroed tail of allocation")
+                       }
+               }
+
                // Callers expect this mask to end at the last pointer.
                for len(mask) > 0 && mask[len(mask)-1] == 0 {
                        mask = mask[:len(mask)-1]
@@ -761,40 +1094,13 @@ func getgcmask(ep any) (mask []byte) {
        return
 }
 
-// userArenaHeapBitsSetType is the equivalent of heapBitsSetType but for
+// userArenaHeapBitsSetType is the equivalent of heapSetType but for
 // non-slice-backing-store Go values allocated in a user arena chunk. It
-// sets up the heap bitmap for the value with type typ allocated at address ptr.
+// sets up the type metadata for the value with type typ allocated at address ptr.
 // base is the base address of the arena chunk.
-func userArenaHeapBitsSetType(typ *_type, ptr unsafe.Pointer, base uintptr) {
-       h := writeHeapBitsForAddr(uintptr(ptr))
-
-       // Our last allocation might have ended right at a noMorePtrs mark,
-       // which we would not have erased. We need to erase that mark here,
-       // because we're going to start adding new heap bitmap bits.
-       // We only need to clear one mark, because below we make sure to
-       // pad out the bits with zeroes and only write one noMorePtrs bit
-       // for each new object.
-       // (This is only necessary at noMorePtrs boundaries, as noMorePtrs
-       // marks within an object allocated with newAt will be erased by
-       // the normal writeHeapBitsForAddr mechanism.)
-       //
-       // Note that we skip this if this is the first allocation in the
-       // arena because there's definitely no previous noMorePtrs mark
-       // (in fact, we *must* do this, because we're going to try to back
-       // up a pointer to fix this up).
-       if uintptr(ptr)%(8*goarch.PtrSize*goarch.PtrSize) == 0 && uintptr(ptr) != base {
-               // Back up one pointer and rewrite that pointer. That will
-               // cause the writeHeapBits implementation to clear the
-               // noMorePtrs bit we need to clear.
-               r := heapBitsForAddr(uintptr(ptr)-goarch.PtrSize, goarch.PtrSize)
-               _, p := r.next()
-               b := uintptr(0)
-               if p == uintptr(ptr)-goarch.PtrSize {
-                       b = 1
-               }
-               h = writeHeapBitsForAddr(uintptr(ptr) - goarch.PtrSize)
-               h = h.write(b, 1)
-       }
+func userArenaHeapBitsSetType(typ *_type, ptr unsafe.Pointer, s *mspan) {
+       base := s.base()
+       h := s.writeHeapBits(uintptr(ptr))
 
        p := typ.GCData // start of 1-bit pointer mask (or GC program)
        var gcProgBits uintptr
@@ -810,7 +1116,7 @@ func userArenaHeapBitsSetType(typ *_type, ptr unsafe.Pointer, base uintptr) {
                if k > ptrBits {
                        k = ptrBits
                }
-               h = h.write(readUintptr(addb(p, i/8)), k)
+               h = h.write(s, readUintptr(addb(p, i/8)), k)
        }
        // Note: we call pad here to ensure we emit explicit 0 bits
        // for the pointerless tail of the object. This ensures that
@@ -818,40 +1124,51 @@ func userArenaHeapBitsSetType(typ *_type, ptr unsafe.Pointer, base uintptr) {
        // to clear. We don't need to do this to clear stale noMorePtrs
        // markers from previous uses because arena chunk pointer bitmaps
        // are always fully cleared when reused.
-       h = h.pad(typ.Size_ - typ.PtrBytes)
-       h.flush(uintptr(ptr), typ.Size_)
+       h = h.pad(s, typ.Size_-typ.PtrBytes)
+       h.flush(s, uintptr(ptr), typ.Size_)
 
        if typ.Kind_&kindGCProg != 0 {
                // Zero out temporary ptrmask buffer inside object.
                memclrNoHeapPointers(ptr, (gcProgBits+7)/8)
        }
 
+       // Update the PtrBytes value in the type information. After this
+       // point, the GC will observe the new bitmap.
+       s.largeType.PtrBytes = uintptr(ptr) - base + typ.PtrBytes
+
        // Double-check that the bitmap was written out correctly.
-       //
-       // Derived from heapBitsSetType.
        const doubleCheck = false
        if doubleCheck {
-               size := typ.Size_
-               x := uintptr(ptr)
-               h := heapBitsForAddr(x, size)
-               for i := uintptr(0); i < size; i += goarch.PtrSize {
-                       // Compute the pointer bit we want at offset i.
-                       want := false
-                       off := i % typ.Size_
-                       if off < typ.PtrBytes {
-                               j := off / goarch.PtrSize
-                               want = *addb(typ.GCData, j/8)>>(j%8)&1 != 0
-                       }
-                       if want {
-                               var addr uintptr
-                               h, addr = h.next()
-                               if addr != x+i {
-                                       throw("userArenaHeapBitsSetType: pointer entry not correct")
-                               }
-                       }
-               }
-               if _, addr := h.next(); addr != 0 {
-                       throw("userArenaHeapBitsSetType: extra pointer")
-               }
+               doubleCheckHeapPointersInterior(uintptr(ptr), uintptr(ptr), typ.Size_, typ.Size_, typ, &s.largeType, s)
        }
 }
+
+// For !goexperiment.AllocHeaders, to pass TestIntendedInlining.
+func writeHeapBitsForAddr() {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For !goexperiment.AllocHeaders.
+type heapBits struct {
+}
+
+// For !goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func heapBitsForAddr(addr, size uintptr) heapBits {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For !goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func (h heapBits) next() (heapBits, uintptr) {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For !goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func (h heapBits) nextFast() (heapBits, uintptr) {
+       panic("not implemented")
+}
index 7e313e0a206e4bd98d9ed325ab941fcb5d7ab2d4..6097500fac1ae0fef5d30c98e89460e83429c9e0 100644 (file)
@@ -47,6 +47,19 @@ import (
        "unsafe"
 )
 
+const (
+       // For compatibility with the allocheaders GOEXPERIMENT.
+       mallocHeaderSize       = 0
+       minSizeForMallocHeader = ^uintptr(0)
+)
+
+// For compatibility with the allocheaders GOEXPERIMENT.
+//
+//go:nosplit
+func heapBitsInSpan(_ uintptr) bool {
+       return false
+}
+
 // heapArenaPtrScalar contains the per-heapArena pointer/scalar metadata for the GC.
 type heapArenaPtrScalar struct {
        // bitmap stores the pointer/scalar bitmap for the words in
@@ -671,6 +684,11 @@ func heapBitsSetType(x, size, dataSize uintptr, typ *_type) {
        }
 }
 
+// For goexperiment.AllocHeaders
+func heapSetType(x, dataSize uintptr, typ *_type, header **_type, span *mspan) (scanSize uintptr) {
+       return 0
+}
+
 // Testing.
 
 // Returns GC type info for the pointer stored in ep for testing.
@@ -765,7 +783,8 @@ func getgcmask(ep any) (mask []byte) {
 // non-slice-backing-store Go values allocated in a user arena chunk. It
 // sets up the heap bitmap for the value with type typ allocated at address ptr.
 // base is the base address of the arena chunk.
-func userArenaHeapBitsSetType(typ *_type, ptr unsafe.Pointer, base uintptr) {
+func userArenaHeapBitsSetType(typ *_type, ptr unsafe.Pointer, s *mspan) {
+       base := s.base()
        h := writeHeapBitsForAddr(uintptr(ptr))
 
        // Our last allocation might have ended right at a noMorePtrs mark,
@@ -855,3 +874,53 @@ func userArenaHeapBitsSetType(typ *_type, ptr unsafe.Pointer, base uintptr) {
                }
        }
 }
+
+// For goexperiment.AllocHeaders.
+type typePointers struct {
+       addr uintptr
+}
+
+// For goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func (span *mspan) typePointersOf(addr, size uintptr) typePointers {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func (span *mspan) typePointersOfUnchecked(addr uintptr) typePointers {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func (tp typePointers) nextFast() (typePointers, uintptr) {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func (tp typePointers) next(limit uintptr) (typePointers, uintptr) {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For goexperiment.AllocHeaders.
+//
+//go:nosplit
+func (tp typePointers) fastForward(n, limit uintptr) typePointers {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For goexperiment.AllocHeaders, to pass TestIntendedInlining.
+func (s *mspan) writeHeapBits() {
+       panic("not implemented")
+}
+
+// For goexperiment.AllocHeaders, to pass TestIntendedInlining.
+func heapBitsSlice() {
+       panic("not implemented")
+}
index 18cd93e77e96fcb80b64c33c7ae9c171a3074f38..be501e6fcad4e2e6fe37e5306b7ba894cb6ce955 100644 (file)
@@ -9,6 +9,7 @@ package runtime
 import (
        "internal/abi"
        "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "runtime/internal/atomic"
        "runtime/internal/sys"
        "unsafe"
@@ -410,7 +411,7 @@ func SetFinalizer(obj any, finalizer any) {
        }
 
        // find the containing object
-       base, _, _ := findObject(uintptr(e.data), 0, 0)
+       base, span, _ := findObject(uintptr(e.data), 0, 0)
 
        if base == 0 {
                if isGoPointerWithoutSpan(e.data) {
@@ -419,6 +420,11 @@ func SetFinalizer(obj any, finalizer any) {
                throw("runtime.SetFinalizer: pointer not in allocated block")
        }
 
+       // Move base forward if we've got an allocation header.
+       if goexperiment.AllocHeaders && !span.spanclass.noscan() && !heapBitsInSpan(span.elemsize) && span.spanclass.sizeclass() != 0 {
+               base += mallocHeaderSize
+       }
+
        if uintptr(e.data) != base {
                // As an implementation detail we allow to set finalizers for an inner byte
                // of an object if it could come from tiny alloc (see mallocgc for details).
index adf1d4fa2817b9f6106ac2f969ad9af5906b8aca..96f88f782f436aae30725b491cdbe6005fa2942c 100644 (file)
@@ -9,6 +9,7 @@ package runtime
 import (
        "internal/abi"
        "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "runtime/internal/atomic"
        "runtime/internal/sys"
        "unsafe"
@@ -1306,6 +1307,7 @@ func scanobject(b uintptr, gcw *gcWork) {
                throw("scanobject of a noscan object")
        }
 
+       var tp typePointers
        if n > maxObletBytes {
                // Large object. Break into oblets for better
                // parallelism and lower latency.
@@ -1327,15 +1329,34 @@ func scanobject(b uintptr, gcw *gcWork) {
                // of the object.
                n = s.base() + s.elemsize - b
                n = min(n, maxObletBytes)
+               if goexperiment.AllocHeaders {
+                       tp = s.typePointersOfUnchecked(s.base())
+                       tp = tp.fastForward(b-tp.addr, b+n)
+               }
+       } else {
+               if goexperiment.AllocHeaders {
+                       tp = s.typePointersOfUnchecked(b)
+               }
        }
 
-       hbits := heapBitsForAddr(b, n)
+       var hbits heapBits
+       if !goexperiment.AllocHeaders {
+               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
+               if goexperiment.AllocHeaders {
+                       if tp, addr = tp.nextFast(); addr == 0 {
+                               if tp, addr = tp.next(b + n); addr == 0 {
+                                       break
+                               }
+                       }
+               } else {
+                       if hbits, addr = hbits.nextFast(); addr == 0 {
+                               if hbits, addr = hbits.next(); addr == 0 {
+                                       break
+                               }
                        }
                }
 
index aeb04c923ea60a09fa8312ca42beffc64e975e0e..03772d22bfea49cbb1619427189a34cbbf17ae00 100644 (file)
@@ -25,6 +25,7 @@
 package runtime
 
 import (
+       "internal/goexperiment"
        "runtime/internal/atomic"
        "unsafe"
 )
@@ -786,6 +787,15 @@ func (sl *sweepLocked) sweep(preserve bool) bool {
                        } else {
                                mheap_.freeSpan(s)
                        }
+                       if goexperiment.AllocHeaders && s.largeType != nil && s.largeType.Kind_&kindGCProg != 0 {
+                               // In the allocheaders experiment, the unrolled GCProg bitmap is allocated separately.
+                               // Free the space for the unrolled bitmap.
+                               systemstack(func() {
+                                       s := spanOf(uintptr(unsafe.Pointer(s.largeType)))
+                                       mheap_.freeManual(s, spanAllocPtrScalarBits)
+                               })
+                               s.largeType = nil
+                       }
 
                        // Count the free in the consistent, external stats.
                        stats := memstats.heapStats.acquire()
index 62ad5e2f29c4b85e0a55fff6632d7577b42c5370..ab8f5e34e2c3772460ecd2f4b6e6a27eb81b5f16 100644 (file)
@@ -11,6 +11,7 @@ package runtime
 import (
        "internal/cpu"
        "internal/goarch"
+       "internal/goexperiment"
        "runtime/internal/atomic"
        "runtime/internal/sys"
        "unsafe"
@@ -487,6 +488,7 @@ type mspan struct {
        speciallock           mutex         // guards specials list and changes to pinnerBits
        specials              *special      // linked list of special records sorted by offset.
        userArenaChunkFree    addrRange     // interval for managing chunk allocation
+       largeType             *_type        // malloc header for large objects.
 }
 
 func (s *mspan) base() uintptr {
@@ -564,10 +566,12 @@ func makeSpanClass(sizeclass uint8, noscan bool) spanClass {
        return spanClass(sizeclass<<1) | spanClass(bool2int(noscan))
 }
 
+//go:nosplit
 func (sc spanClass) sizeclass() int8 {
        return int8(sc >> 1)
 }
 
+//go:nosplit
 func (sc spanClass) noscan() bool {
        return sc&1 != 0
 }
@@ -1387,7 +1391,12 @@ func (h *mheap) initSpan(s *mspan, typ spanAllocType, spanclass spanClass, base,
                        s.divMul = 0
                } else {
                        s.elemsize = uintptr(class_to_size[sizeclass])
-                       s.nelems = uint16(nbytes / s.elemsize)
+                       if goexperiment.AllocHeaders && !s.spanclass.noscan() && heapBitsInSpan(s.elemsize) {
+                               // In the allocheaders experiment, reserve space for the pointer/scan bitmap at the end.
+                               s.nelems = uint16((nbytes - (nbytes / goarch.PtrSize / 8)) / s.elemsize)
+                       } else {
+                               s.nelems = uint16(nbytes / s.elemsize)
+                       }
                        s.divMul = class_to_divmagic[sizeclass]
                }
 
index 11b6c2ff6d379008b84876ca4ffca037da4a6e47..6873ec66d9dd3f06b6141ecf1b90b1b61437dd9a 100644 (file)
 
 package runtime
 
-// Returns size of the memory block that mallocgc will allocate if you ask for the size.
-func roundupsize(size uintptr) uintptr {
-       if size < _MaxSmallSize {
-               if size <= smallSizeMax-8 {
-                       return uintptr(class_to_size[size_to_class8[divRoundUp(size, smallSizeDiv)]])
-               } else {
-                       return uintptr(class_to_size[size_to_class128[divRoundUp(size-smallSizeMax, largeSizeDiv)]])
+// Returns size of the memory block that mallocgc will allocate if you ask for the size,
+// minus any inline space for metadata.
+func roundupsize(size uintptr, noscan bool) (reqSize uintptr) {
+       reqSize = size
+       if reqSize <= maxSmallSize-mallocHeaderSize {
+               // Small object.
+               if !noscan && reqSize > minSizeForMallocHeader { // !noscan && !heapBitsInSpan(reqSize)
+                       reqSize += mallocHeaderSize
                }
+               // (reqSize - size) is either mallocHeaderSize or 0. We need to subtract mallocHeaderSize
+               // from the result if we have one, since mallocgc will add it back in.
+               if reqSize <= smallSizeMax-8 {
+                       return uintptr(class_to_size[size_to_class8[divRoundUp(reqSize, smallSizeDiv)]]) - (reqSize - size)
+               }
+               return uintptr(class_to_size[size_to_class128[divRoundUp(reqSize-smallSizeMax, largeSizeDiv)]]) - (reqSize - size)
        }
-       if size+_PageSize < size {
+       // Large object. Align reqSize up to the next page. Check for overflow.
+       reqSize += pageSize - 1
+       if reqSize < size {
                return size
        }
-       return alignUp(size, _PageSize)
+       return reqSize &^ (pageSize - 1)
 }
index 22f07b8ccc2479f38bb4aab7e32a8eba17810f57..d89e0d6cbe8946712ac23b5e43dd3f1b9394263d 100644 (file)
@@ -12,7 +12,9 @@
 package runtime
 
 // Returns size of the memory block that mallocgc will allocate if you ask for the size.
-func roundupsize(size uintptr) uintptr {
+//
+// The noscan argument is purely for compatibility with goexperiment.AllocHeaders.
+func roundupsize(size uintptr, noscan bool) uintptr {
        if size < _MaxSmallSize {
                if size <= smallSizeMax-8 {
                        return uintptr(class_to_size[size_to_class8[divRoundUp(size, smallSizeDiv)]])
index 496e3725bf9712f41d2760de461433cb5ea883cd..f9cbc1f54b396d10e96d3eed05f9a0b98be28733 100644 (file)
@@ -223,6 +223,7 @@ type symbolizeDataContext struct {
 
 func raceSymbolizeData(ctx *symbolizeDataContext) {
        if base, span, _ := findObject(ctx.addr, 0, 0); base != 0 {
+               // TODO: Does this need to handle malloc headers?
                ctx.heap = 1
                ctx.start = base
                ctx.size = span.elemsize
index 7e714097cdffb7cf7261a9d294ecf9c308342601..95341b59046dc3076209567ab6423a57c131acee 100644 (file)
@@ -179,17 +179,18 @@ func growslice(oldPtr unsafe.Pointer, newLen, oldCap, num int, et *_type) slice
        // For 1 we don't need any division/multiplication.
        // For goarch.PtrSize, compiler will optimize division/multiplication into a shift by a constant.
        // For powers of 2, use a variable shift.
+       noscan := et.PtrBytes == 0
        switch {
        case et.Size_ == 1:
                lenmem = uintptr(oldLen)
                newlenmem = uintptr(newLen)
-               capmem = roundupsize(uintptr(newcap))
+               capmem = roundupsize(uintptr(newcap), noscan)
                overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc
                newcap = int(capmem)
        case et.Size_ == goarch.PtrSize:
                lenmem = uintptr(oldLen) * goarch.PtrSize
                newlenmem = uintptr(newLen) * goarch.PtrSize
-               capmem = roundupsize(uintptr(newcap) * goarch.PtrSize)
+               capmem = roundupsize(uintptr(newcap)*goarch.PtrSize, noscan)
                overflow = uintptr(newcap) > maxAlloc/goarch.PtrSize
                newcap = int(capmem / goarch.PtrSize)
        case isPowerOfTwo(et.Size_):
@@ -202,7 +203,7 @@ func growslice(oldPtr unsafe.Pointer, newLen, oldCap, num int, et *_type) slice
                }
                lenmem = uintptr(oldLen) << shift
                newlenmem = uintptr(newLen) << shift
-               capmem = roundupsize(uintptr(newcap) << shift)
+               capmem = roundupsize(uintptr(newcap)<<shift, noscan)
                overflow = uintptr(newcap) > (maxAlloc >> shift)
                newcap = int(capmem >> shift)
                capmem = uintptr(newcap) << shift
@@ -210,7 +211,7 @@ func growslice(oldPtr unsafe.Pointer, newLen, oldCap, num int, et *_type) slice
                lenmem = uintptr(oldLen) * et.Size_
                newlenmem = uintptr(newLen) * et.Size_
                capmem, overflow = math.MulUintptr(et.Size_, uintptr(newcap))
-               capmem = roundupsize(capmem)
+               capmem = roundupsize(capmem, noscan)
                newcap = int(capmem / et.Size_)
                capmem = uintptr(newcap) * et.Size_
        }
index 7ac3e66a3ac80ce2e233353b2b435e8d61f678f0..e01b7fc74448e5c41ed9c146f70e1d86e42cef26 100644 (file)
@@ -270,7 +270,7 @@ func rawstring(size int) (s string, b []byte) {
 
 // rawbyteslice allocates a new byte slice. The byte slice is not zeroed.
 func rawbyteslice(size int) (b []byte) {
-       cap := roundupsize(uintptr(size))
+       cap := roundupsize(uintptr(size), true)
        p := mallocgc(cap, nil, false)
        if cap != uintptr(size) {
                memclrNoHeapPointers(add(p, uintptr(size)), cap-uintptr(size))
@@ -285,7 +285,7 @@ func rawruneslice(size int) (b []rune) {
        if uintptr(size) > maxAlloc/4 {
                throw("out of memory")
        }
-       mem := roundupsize(uintptr(size) * 4)
+       mem := roundupsize(uintptr(size)*4, true)
        p := mallocgc(mem, nil, false)
        if mem != uintptr(size)*4 {
                memclrNoHeapPointers(add(p, uintptr(size)*4), mem-uintptr(size)*4)
index b70c9cc057a6676f8714cc187362e28b34b59470..9633d3d4a6f8888445906eb186bf87ce5bc369dc 100644 (file)
@@ -424,11 +424,15 @@ func call1073741824(typ, fn, stackArgs unsafe.Pointer, stackArgsSize, stackRetOf
 func systemstack_switch()
 
 // alignUp rounds n up to a multiple of a. a must be a power of 2.
+//
+//go:nosplit
 func alignUp(n, a uintptr) uintptr {
        return (n + a - 1) &^ (a - 1)
 }
 
 // alignDown rounds n down to a multiple of a. a must be a power of 2.
+//
+//go:nosplit
 func alignDown(n, a uintptr) uintptr {
        return n &^ (a - 1)
 }