]> Cypherpunks.ru repositories - gostls13.git/blob - src/runtime/mgc.go
f7f7eb45287f261fc8af81d9f0a60a638d47ca94
[gostls13.git] / src / runtime / mgc.go
1 // Copyright 2009 The Go Authors. All rights reserved.
2 // Use of this source code is governed by a BSD-style
3 // license that can be found in the LICENSE file.
4
5 // Garbage collector (GC).
6 //
7 // The GC runs concurrently with mutator threads, is type accurate (aka precise), allows multiple
8 // GC thread to run in parallel. It is a concurrent mark and sweep that uses a write barrier. It is
9 // non-generational and non-compacting. Allocation is done using size segregated per P allocation
10 // areas to minimize fragmentation while eliminating locks in the common case.
11 //
12 // The algorithm decomposes into several steps.
13 // This is a high level description of the algorithm being used. For an overview of GC a good
14 // place to start is Richard Jones' gchandbook.org.
15 //
16 // The algorithm's intellectual heritage includes Dijkstra's on-the-fly algorithm, see
17 // Edsger W. Dijkstra, Leslie Lamport, A. J. Martin, C. S. Scholten, and E. F. M. Steffens. 1978.
18 // On-the-fly garbage collection: an exercise in cooperation. Commun. ACM 21, 11 (November 1978),
19 // 966-975.
20 // For journal quality proofs that these steps are complete, correct, and terminate see
21 // Hudson, R., and Moss, J.E.B. Copying Garbage Collection without stopping the world.
22 // Concurrency and Computation: Practice and Experience 15(3-5), 2003.
23 //
24 // 1. GC performs sweep termination.
25 //
26 //    a. Stop the world. This causes all Ps to reach a GC safe-point.
27 //
28 //    b. Sweep any unswept spans. There will only be unswept spans if
29 //    this GC cycle was forced before the expected time.
30 //
31 // 2. GC performs the mark phase.
32 //
33 //    a. Prepare for the mark phase by setting gcphase to _GCmark
34 //    (from _GCoff), enabling the write barrier, enabling mutator
35 //    assists, and enqueueing root mark jobs. No objects may be
36 //    scanned until all Ps have enabled the write barrier, which is
37 //    accomplished using STW.
38 //
39 //    b. Start the world. From this point, GC work is done by mark
40 //    workers started by the scheduler and by assists performed as
41 //    part of allocation. The write barrier shades both the
42 //    overwritten pointer and the new pointer value for any pointer
43 //    writes (see mbarrier.go for details). Newly allocated objects
44 //    are immediately marked black.
45 //
46 //    c. GC performs root marking jobs. This includes scanning all
47 //    stacks, shading all globals, and shading any heap pointers in
48 //    off-heap runtime data structures. Scanning a stack stops a
49 //    goroutine, shades any pointers found on its stack, and then
50 //    resumes the goroutine.
51 //
52 //    d. GC drains the work queue of grey objects, scanning each grey
53 //    object to black and shading all pointers found in the object
54 //    (which in turn may add those pointers to the work queue).
55 //
56 //    e. Because GC work is spread across local caches, GC uses a
57 //    distributed termination algorithm to detect when there are no
58 //    more root marking jobs or grey objects (see gcMarkDone). At this
59 //    point, GC transitions to mark termination.
60 //
61 // 3. GC performs mark termination.
62 //
63 //    a. Stop the world.
64 //
65 //    b. Set gcphase to _GCmarktermination, and disable workers and
66 //    assists.
67 //
68 //    c. Perform housekeeping like flushing mcaches.
69 //
70 // 4. GC performs the sweep phase.
71 //
72 //    a. Prepare for the sweep phase by setting gcphase to _GCoff,
73 //    setting up sweep state and disabling the write barrier.
74 //
75 //    b. Start the world. From this point on, newly allocated objects
76 //    are white, and allocating sweeps spans before use if necessary.
77 //
78 //    c. GC does concurrent sweeping in the background and in response
79 //    to allocation. See description below.
80 //
81 // 5. When sufficient allocation has taken place, replay the sequence
82 // starting with 1 above. See discussion of GC rate below.
83
84 // Concurrent sweep.
85 //
86 // The sweep phase proceeds concurrently with normal program execution.
87 // The heap is swept span-by-span both lazily (when a goroutine needs another span)
88 // and concurrently in a background goroutine (this helps programs that are not CPU bound).
89 // At the end of STW mark termination all spans are marked as "needs sweeping".
90 //
91 // The background sweeper goroutine simply sweeps spans one-by-one.
92 //
93 // To avoid requesting more OS memory while there are unswept spans, when a
94 // goroutine needs another span, it first attempts to reclaim that much memory
95 // by sweeping. When a goroutine needs to allocate a new small-object span, it
96 // sweeps small-object spans for the same object size until it frees at least
97 // one object. When a goroutine needs to allocate large-object span from heap,
98 // it sweeps spans until it frees at least that many pages into heap. There is
99 // one case where this may not suffice: if a goroutine sweeps and frees two
100 // nonadjacent one-page spans to the heap, it will allocate a new two-page
101 // span, but there can still be other one-page unswept spans which could be
102 // combined into a two-page span.
103 //
104 // It's critical to ensure that no operations proceed on unswept spans (that would corrupt
105 // mark bits in GC bitmap). During GC all mcaches are flushed into the central cache,
106 // so they are empty. When a goroutine grabs a new span into mcache, it sweeps it.
107 // When a goroutine explicitly frees an object or sets a finalizer, it ensures that
108 // the span is swept (either by sweeping it, or by waiting for the concurrent sweep to finish).
109 // The finalizer goroutine is kicked off only when all spans are swept.
110 // When the next GC starts, it sweeps all not-yet-swept spans (if any).
111
112 // GC rate.
113 // Next GC is after we've allocated an extra amount of memory proportional to
114 // the amount already in use. The proportion is controlled by GOGC environment variable
115 // (100 by default). If GOGC=100 and we're using 4M, we'll GC again when we get to 8M
116 // (this mark is computed by the gcController.heapGoal method). This keeps the GC cost in
117 // linear proportion to the allocation cost. Adjusting GOGC just changes the linear constant
118 // (and also the amount of extra memory used).
119
120 // Oblets
121 //
122 // In order to prevent long pauses while scanning large objects and to
123 // improve parallelism, the garbage collector breaks up scan jobs for
124 // objects larger than maxObletBytes into "oblets" of at most
125 // maxObletBytes. When scanning encounters the beginning of a large
126 // object, it scans only the first oblet and enqueues the remaining
127 // oblets as new scan jobs.
128
129 package runtime
130
131 import (
132         "internal/cpu"
133         "runtime/internal/atomic"
134         "unsafe"
135 )
136
137 const (
138         _DebugGC      = 0
139         _FinBlockSize = 4 * 1024
140
141         // concurrentSweep is a debug flag. Disabling this flag
142         // ensures all spans are swept while the world is stopped.
143         concurrentSweep = true
144
145         // debugScanConservative enables debug logging for stack
146         // frames that are scanned conservatively.
147         debugScanConservative = false
148
149         // sweepMinHeapDistance is a lower bound on the heap distance
150         // (in bytes) reserved for concurrent sweeping between GC
151         // cycles.
152         sweepMinHeapDistance = 1024 * 1024
153 )
154
155 // heapObjectsCanMove always returns false in the current garbage collector.
156 // It exists for go4.org/unsafe/assume-no-moving-gc, which is an
157 // unfortunate idea that had an even more unfortunate implementation.
158 // Every time a new Go release happened, the package stopped building,
159 // and the authors had to add a new file with a new //go:build line, and
160 // then the entire ecosystem of packages with that as a dependency had to
161 // explicitly update to the new version. Many packages depend on
162 // assume-no-moving-gc transitively, through paths like
163 // inet.af/netaddr -> go4.org/intern -> assume-no-moving-gc.
164 // This was causing a significant amount of friction around each new
165 // release, so we added this bool for the package to //go:linkname
166 // instead. The bool is still unfortunate, but it's not as bad as
167 // breaking the ecosystem on every new release.
168 //
169 // If the Go garbage collector ever does move heap objects, we can set
170 // this to true to break all the programs using assume-no-moving-gc.
171 //
172 //go:linkname heapObjectsCanMove
173 func heapObjectsCanMove() bool {
174         return false
175 }
176
177 func gcinit() {
178         if unsafe.Sizeof(workbuf{}) != _WorkbufSize {
179                 throw("size of Workbuf is suboptimal")
180         }
181         // No sweep on the first cycle.
182         sweep.active.state.Store(sweepDrainedMask)
183
184         // Initialize GC pacer state.
185         // Use the environment variable GOGC for the initial gcPercent value.
186         // Use the environment variable GOMEMLIMIT for the initial memoryLimit value.
187         gcController.init(readGOGC(), readGOMEMLIMIT())
188
189         work.startSema = 1
190         work.markDoneSema = 1
191         lockInit(&work.sweepWaiters.lock, lockRankSweepWaiters)
192         lockInit(&work.assistQueue.lock, lockRankAssistQueue)
193         lockInit(&work.wbufSpans.lock, lockRankWbufSpans)
194 }
195
196 // gcenable is called after the bulk of the runtime initialization,
197 // just before we're about to start letting user code run.
198 // It kicks off the background sweeper goroutine, the background
199 // scavenger goroutine, and enables GC.
200 func gcenable() {
201         // Kick off sweeping and scavenging.
202         c := make(chan int, 2)
203         go bgsweep(c)
204         go bgscavenge(c)
205         <-c
206         <-c
207         memstats.enablegc = true // now that runtime is initialized, GC is okay
208 }
209
210 // Garbage collector phase.
211 // Indicates to write barrier and synchronization task to perform.
212 var gcphase uint32
213
214 // The compiler knows about this variable.
215 // If you change it, you must change builtin/runtime.go, too.
216 // If you change the first four bytes, you must also change the write
217 // barrier insertion code.
218 var writeBarrier struct {
219         enabled bool    // compiler emits a check of this before calling write barrier
220         pad     [3]byte // compiler uses 32-bit load for "enabled" field
221         needed  bool    // identical to enabled, for now (TODO: dedup)
222         alignme uint64  // guarantee alignment so that compiler can use a 32 or 64-bit load
223 }
224
225 // gcBlackenEnabled is 1 if mutator assists and background mark
226 // workers are allowed to blacken objects. This must only be set when
227 // gcphase == _GCmark.
228 var gcBlackenEnabled uint32
229
230 const (
231         _GCoff             = iota // GC not running; sweeping in background, write barrier disabled
232         _GCmark                   // GC marking roots and workbufs: allocate black, write barrier ENABLED
233         _GCmarktermination        // GC mark termination: allocate black, P's help GC, write barrier ENABLED
234 )
235
236 //go:nosplit
237 func setGCPhase(x uint32) {
238         atomic.Store(&gcphase, x)
239         writeBarrier.needed = gcphase == _GCmark || gcphase == _GCmarktermination
240         writeBarrier.enabled = writeBarrier.needed
241 }
242
243 // gcMarkWorkerMode represents the mode that a concurrent mark worker
244 // should operate in.
245 //
246 // Concurrent marking happens through four different mechanisms. One
247 // is mutator assists, which happen in response to allocations and are
248 // not scheduled. The other three are variations in the per-P mark
249 // workers and are distinguished by gcMarkWorkerMode.
250 type gcMarkWorkerMode int
251
252 const (
253         // gcMarkWorkerNotWorker indicates that the next scheduled G is not
254         // starting work and the mode should be ignored.
255         gcMarkWorkerNotWorker gcMarkWorkerMode = iota
256
257         // gcMarkWorkerDedicatedMode indicates that the P of a mark
258         // worker is dedicated to running that mark worker. The mark
259         // worker should run without preemption.
260         gcMarkWorkerDedicatedMode
261
262         // gcMarkWorkerFractionalMode indicates that a P is currently
263         // running the "fractional" mark worker. The fractional worker
264         // is necessary when GOMAXPROCS*gcBackgroundUtilization is not
265         // an integer and using only dedicated workers would result in
266         // utilization too far from the target of gcBackgroundUtilization.
267         // The fractional worker should run until it is preempted and
268         // will be scheduled to pick up the fractional part of
269         // GOMAXPROCS*gcBackgroundUtilization.
270         gcMarkWorkerFractionalMode
271
272         // gcMarkWorkerIdleMode indicates that a P is running the mark
273         // worker because it has nothing else to do. The idle worker
274         // should run until it is preempted and account its time
275         // against gcController.idleMarkTime.
276         gcMarkWorkerIdleMode
277 )
278
279 // gcMarkWorkerModeStrings are the strings labels of gcMarkWorkerModes
280 // to use in execution traces.
281 var gcMarkWorkerModeStrings = [...]string{
282         "Not worker",
283         "GC (dedicated)",
284         "GC (fractional)",
285         "GC (idle)",
286 }
287
288 // pollFractionalWorkerExit reports whether a fractional mark worker
289 // should self-preempt. It assumes it is called from the fractional
290 // worker.
291 func pollFractionalWorkerExit() bool {
292         // This should be kept in sync with the fractional worker
293         // scheduler logic in findRunnableGCWorker.
294         now := nanotime()
295         delta := now - gcController.markStartTime
296         if delta <= 0 {
297                 return true
298         }
299         p := getg().m.p.ptr()
300         selfTime := p.gcFractionalMarkTime + (now - p.gcMarkWorkerStartTime)
301         // Add some slack to the utilization goal so that the
302         // fractional worker isn't behind again the instant it exits.
303         return float64(selfTime)/float64(delta) > 1.2*gcController.fractionalUtilizationGoal
304 }
305
306 var work workType
307
308 type workType struct {
309         full  lfstack          // lock-free list of full blocks workbuf
310         _     cpu.CacheLinePad // prevents false-sharing between full and empty
311         empty lfstack          // lock-free list of empty blocks workbuf
312         _     cpu.CacheLinePad // prevents false-sharing between empty and nproc/nwait
313
314         wbufSpans struct {
315                 lock mutex
316                 // free is a list of spans dedicated to workbufs, but
317                 // that don't currently contain any workbufs.
318                 free mSpanList
319                 // busy is a list of all spans containing workbufs on
320                 // one of the workbuf lists.
321                 busy mSpanList
322         }
323
324         // Restore 64-bit alignment on 32-bit.
325         _ uint32
326
327         // bytesMarked is the number of bytes marked this cycle. This
328         // includes bytes blackened in scanned objects, noscan objects
329         // that go straight to black, and permagrey objects scanned by
330         // markroot during the concurrent scan phase. This is updated
331         // atomically during the cycle. Updates may be batched
332         // arbitrarily, since the value is only read at the end of the
333         // cycle.
334         //
335         // Because of benign races during marking, this number may not
336         // be the exact number of marked bytes, but it should be very
337         // close.
338         //
339         // Put this field here because it needs 64-bit atomic access
340         // (and thus 8-byte alignment even on 32-bit architectures).
341         bytesMarked uint64
342
343         markrootNext uint32 // next markroot job
344         markrootJobs uint32 // number of markroot jobs
345
346         nproc  uint32
347         tstart int64
348         nwait  uint32
349
350         // Number of roots of various root types. Set by gcMarkRootPrepare.
351         //
352         // nStackRoots == len(stackRoots), but we have nStackRoots for
353         // consistency.
354         nDataRoots, nBSSRoots, nSpanRoots, nStackRoots int
355
356         // Base indexes of each root type. Set by gcMarkRootPrepare.
357         baseData, baseBSS, baseSpans, baseStacks, baseEnd uint32
358
359         // stackRoots is a snapshot of all of the Gs that existed
360         // before the beginning of concurrent marking. The backing
361         // store of this must not be modified because it might be
362         // shared with allgs.
363         stackRoots []*g
364
365         // Each type of GC state transition is protected by a lock.
366         // Since multiple threads can simultaneously detect the state
367         // transition condition, any thread that detects a transition
368         // condition must acquire the appropriate transition lock,
369         // re-check the transition condition and return if it no
370         // longer holds or perform the transition if it does.
371         // Likewise, any transition must invalidate the transition
372         // condition before releasing the lock. This ensures that each
373         // transition is performed by exactly one thread and threads
374         // that need the transition to happen block until it has
375         // happened.
376         //
377         // startSema protects the transition from "off" to mark or
378         // mark termination.
379         startSema uint32
380         // markDoneSema protects transitions from mark to mark termination.
381         markDoneSema uint32
382
383         bgMarkReady note   // signal background mark worker has started
384         bgMarkDone  uint32 // cas to 1 when at a background mark completion point
385         // Background mark completion signaling
386
387         // mode is the concurrency mode of the current GC cycle.
388         mode gcMode
389
390         // userForced indicates the current GC cycle was forced by an
391         // explicit user call.
392         userForced bool
393
394         // initialHeapLive is the value of gcController.heapLive at the
395         // beginning of this GC cycle.
396         initialHeapLive uint64
397
398         // assistQueue is a queue of assists that are blocked because
399         // there was neither enough credit to steal or enough work to
400         // do.
401         assistQueue struct {
402                 lock mutex
403                 q    gQueue
404         }
405
406         // sweepWaiters is a list of blocked goroutines to wake when
407         // we transition from mark termination to sweep.
408         sweepWaiters struct {
409                 lock mutex
410                 list gList
411         }
412
413         // cycles is the number of completed GC cycles, where a GC
414         // cycle is sweep termination, mark, mark termination, and
415         // sweep. This differs from memstats.numgc, which is
416         // incremented at mark termination.
417         cycles atomic.Uint32
418
419         // Timing/utilization stats for this cycle.
420         stwprocs, maxprocs                 int32
421         tSweepTerm, tMark, tMarkTerm, tEnd int64 // nanotime() of phase start
422
423         pauseNS    int64 // total STW time this cycle
424         pauseStart int64 // nanotime() of last STW
425
426         // debug.gctrace heap sizes for this cycle.
427         heap0, heap1, heap2 uint64
428
429         // Cumulative estimated CPU usage.
430         cpuStats
431 }
432
433 // GC runs a garbage collection and blocks the caller until the
434 // garbage collection is complete. It may also block the entire
435 // program.
436 func GC() {
437         // We consider a cycle to be: sweep termination, mark, mark
438         // termination, and sweep. This function shouldn't return
439         // until a full cycle has been completed, from beginning to
440         // end. Hence, we always want to finish up the current cycle
441         // and start a new one. That means:
442         //
443         // 1. In sweep termination, mark, or mark termination of cycle
444         // N, wait until mark termination N completes and transitions
445         // to sweep N.
446         //
447         // 2. In sweep N, help with sweep N.
448         //
449         // At this point we can begin a full cycle N+1.
450         //
451         // 3. Trigger cycle N+1 by starting sweep termination N+1.
452         //
453         // 4. Wait for mark termination N+1 to complete.
454         //
455         // 5. Help with sweep N+1 until it's done.
456         //
457         // This all has to be written to deal with the fact that the
458         // GC may move ahead on its own. For example, when we block
459         // until mark termination N, we may wake up in cycle N+2.
460
461         // Wait until the current sweep termination, mark, and mark
462         // termination complete.
463         n := work.cycles.Load()
464         gcWaitOnMark(n)
465
466         // We're now in sweep N or later. Trigger GC cycle N+1, which
467         // will first finish sweep N if necessary and then enter sweep
468         // termination N+1.
469         gcStart(gcTrigger{kind: gcTriggerCycle, n: n + 1})
470
471         // Wait for mark termination N+1 to complete.
472         gcWaitOnMark(n + 1)
473
474         // Finish sweep N+1 before returning. We do this both to
475         // complete the cycle and because runtime.GC() is often used
476         // as part of tests and benchmarks to get the system into a
477         // relatively stable and isolated state.
478         for work.cycles.Load() == n+1 && sweepone() != ^uintptr(0) {
479                 Gosched()
480         }
481
482         // Callers may assume that the heap profile reflects the
483         // just-completed cycle when this returns (historically this
484         // happened because this was a STW GC), but right now the
485         // profile still reflects mark termination N, not N+1.
486         //
487         // As soon as all of the sweep frees from cycle N+1 are done,
488         // we can go ahead and publish the heap profile.
489         //
490         // First, wait for sweeping to finish. (We know there are no
491         // more spans on the sweep queue, but we may be concurrently
492         // sweeping spans, so we have to wait.)
493         for work.cycles.Load() == n+1 && !isSweepDone() {
494                 Gosched()
495         }
496
497         // Now we're really done with sweeping, so we can publish the
498         // stable heap profile. Only do this if we haven't already hit
499         // another mark termination.
500         mp := acquirem()
501         cycle := work.cycles.Load()
502         if cycle == n+1 || (gcphase == _GCmark && cycle == n+2) {
503                 mProf_PostSweep()
504         }
505         releasem(mp)
506 }
507
508 // gcWaitOnMark blocks until GC finishes the Nth mark phase. If GC has
509 // already completed this mark phase, it returns immediately.
510 func gcWaitOnMark(n uint32) {
511         for {
512                 // Disable phase transitions.
513                 lock(&work.sweepWaiters.lock)
514                 nMarks := work.cycles.Load()
515                 if gcphase != _GCmark {
516                         // We've already completed this cycle's mark.
517                         nMarks++
518                 }
519                 if nMarks > n {
520                         // We're done.
521                         unlock(&work.sweepWaiters.lock)
522                         return
523                 }
524
525                 // Wait until sweep termination, mark, and mark
526                 // termination of cycle N complete.
527                 work.sweepWaiters.list.push(getg())
528                 goparkunlock(&work.sweepWaiters.lock, waitReasonWaitForGCCycle, traceBlockUntilGCEnds, 1)
529         }
530 }
531
532 // gcMode indicates how concurrent a GC cycle should be.
533 type gcMode int
534
535 const (
536         gcBackgroundMode gcMode = iota // concurrent GC and sweep
537         gcForceMode                    // stop-the-world GC now, concurrent sweep
538         gcForceBlockMode               // stop-the-world GC now and STW sweep (forced by user)
539 )
540
541 // A gcTrigger is a predicate for starting a GC cycle. Specifically,
542 // it is an exit condition for the _GCoff phase.
543 type gcTrigger struct {
544         kind gcTriggerKind
545         now  int64  // gcTriggerTime: current time
546         n    uint32 // gcTriggerCycle: cycle number to start
547 }
548
549 type gcTriggerKind int
550
551 const (
552         // gcTriggerHeap indicates that a cycle should be started when
553         // the heap size reaches the trigger heap size computed by the
554         // controller.
555         gcTriggerHeap gcTriggerKind = iota
556
557         // gcTriggerTime indicates that a cycle should be started when
558         // it's been more than forcegcperiod nanoseconds since the
559         // previous GC cycle.
560         gcTriggerTime
561
562         // gcTriggerCycle indicates that a cycle should be started if
563         // we have not yet started cycle number gcTrigger.n (relative
564         // to work.cycles).
565         gcTriggerCycle
566 )
567
568 // test reports whether the trigger condition is satisfied, meaning
569 // that the exit condition for the _GCoff phase has been met. The exit
570 // condition should be tested when allocating.
571 func (t gcTrigger) test() bool {
572         if !memstats.enablegc || panicking.Load() != 0 || gcphase != _GCoff {
573                 return false
574         }
575         switch t.kind {
576         case gcTriggerHeap:
577                 trigger, _ := gcController.trigger()
578                 return gcController.heapLive.Load() >= trigger
579         case gcTriggerTime:
580                 if gcController.gcPercent.Load() < 0 {
581                         return false
582                 }
583                 lastgc := int64(atomic.Load64(&memstats.last_gc_nanotime))
584                 return lastgc != 0 && t.now-lastgc > forcegcperiod
585         case gcTriggerCycle:
586                 // t.n > work.cycles, but accounting for wraparound.
587                 return int32(t.n-work.cycles.Load()) > 0
588         }
589         return true
590 }
591
592 // gcStart starts the GC. It transitions from _GCoff to _GCmark (if
593 // debug.gcstoptheworld == 0) or performs all of GC (if
594 // debug.gcstoptheworld != 0).
595 //
596 // This may return without performing this transition in some cases,
597 // such as when called on a system stack or with locks held.
598 func gcStart(trigger gcTrigger) {
599         // Since this is called from malloc and malloc is called in
600         // the guts of a number of libraries that might be holding
601         // locks, don't attempt to start GC in non-preemptible or
602         // potentially unstable situations.
603         mp := acquirem()
604         if gp := getg(); gp == mp.g0 || mp.locks > 1 || mp.preemptoff != "" {
605                 releasem(mp)
606                 return
607         }
608         releasem(mp)
609         mp = nil
610
611         // Pick up the remaining unswept/not being swept spans concurrently
612         //
613         // This shouldn't happen if we're being invoked in background
614         // mode since proportional sweep should have just finished
615         // sweeping everything, but rounding errors, etc, may leave a
616         // few spans unswept. In forced mode, this is necessary since
617         // GC can be forced at any point in the sweeping cycle.
618         //
619         // We check the transition condition continuously here in case
620         // this G gets delayed in to the next GC cycle.
621         for trigger.test() && sweepone() != ^uintptr(0) {
622         }
623
624         // Perform GC initialization and the sweep termination
625         // transition.
626         semacquire(&work.startSema)
627         // Re-check transition condition under transition lock.
628         if !trigger.test() {
629                 semrelease(&work.startSema)
630                 return
631         }
632
633         // In gcstoptheworld debug mode, upgrade the mode accordingly.
634         // We do this after re-checking the transition condition so
635         // that multiple goroutines that detect the heap trigger don't
636         // start multiple STW GCs.
637         mode := gcBackgroundMode
638         if debug.gcstoptheworld == 1 {
639                 mode = gcForceMode
640         } else if debug.gcstoptheworld == 2 {
641                 mode = gcForceBlockMode
642         }
643
644         // Ok, we're doing it! Stop everybody else
645         semacquire(&gcsema)
646         semacquire(&worldsema)
647
648         // For stats, check if this GC was forced by the user.
649         // Update it under gcsema to avoid gctrace getting wrong values.
650         work.userForced = trigger.kind == gcTriggerCycle
651
652         if traceEnabled() {
653                 traceGCStart()
654         }
655
656         // Check that all Ps have finished deferred mcache flushes.
657         for _, p := range allp {
658                 if fg := p.mcache.flushGen.Load(); fg != mheap_.sweepgen {
659                         println("runtime: p", p.id, "flushGen", fg, "!= sweepgen", mheap_.sweepgen)
660                         throw("p mcache not flushed")
661                 }
662         }
663
664         gcBgMarkStartWorkers()
665
666         systemstack(gcResetMarkState)
667
668         work.stwprocs, work.maxprocs = gomaxprocs, gomaxprocs
669         if work.stwprocs > ncpu {
670                 // This is used to compute CPU time of the STW phases,
671                 // so it can't be more than ncpu, even if GOMAXPROCS is.
672                 work.stwprocs = ncpu
673         }
674         work.heap0 = gcController.heapLive.Load()
675         work.pauseNS = 0
676         work.mode = mode
677
678         now := nanotime()
679         work.tSweepTerm = now
680         work.pauseStart = now
681         systemstack(func() { stopTheWorldWithSema(stwGCSweepTerm) })
682         // Finish sweep before we start concurrent scan.
683         systemstack(func() {
684                 finishsweep_m()
685         })
686
687         // clearpools before we start the GC. If we wait the memory will not be
688         // reclaimed until the next GC cycle.
689         clearpools()
690
691         work.cycles.Add(1)
692
693         // Assists and workers can start the moment we start
694         // the world.
695         gcController.startCycle(now, int(gomaxprocs), trigger)
696
697         // Notify the CPU limiter that assists may begin.
698         gcCPULimiter.startGCTransition(true, now)
699
700         // In STW mode, disable scheduling of user Gs. This may also
701         // disable scheduling of this goroutine, so it may block as
702         // soon as we start the world again.
703         if mode != gcBackgroundMode {
704                 schedEnableUser(false)
705         }
706
707         // Enter concurrent mark phase and enable
708         // write barriers.
709         //
710         // Because the world is stopped, all Ps will
711         // observe that write barriers are enabled by
712         // the time we start the world and begin
713         // scanning.
714         //
715         // Write barriers must be enabled before assists are
716         // enabled because they must be enabled before
717         // any non-leaf heap objects are marked. Since
718         // allocations are blocked until assists can
719         // happen, we want to enable assists as early as
720         // possible.
721         setGCPhase(_GCmark)
722
723         gcBgMarkPrepare() // Must happen before assists are enabled.
724         gcMarkRootPrepare()
725
726         // Mark all active tinyalloc blocks. Since we're
727         // allocating from these, they need to be black like
728         // other allocations. The alternative is to blacken
729         // the tiny block on every allocation from it, which
730         // would slow down the tiny allocator.
731         gcMarkTinyAllocs()
732
733         // At this point all Ps have enabled the write
734         // barrier, thus maintaining the no white to
735         // black invariant. Enable mutator assists to
736         // put back-pressure on fast allocating
737         // mutators.
738         atomic.Store(&gcBlackenEnabled, 1)
739
740         // In STW mode, we could block the instant systemstack
741         // returns, so make sure we're not preemptible.
742         mp = acquirem()
743
744         // Concurrent mark.
745         systemstack(func() {
746                 now = startTheWorldWithSema()
747                 work.pauseNS += now - work.pauseStart
748                 work.tMark = now
749                 memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
750
751                 sweepTermCpu := int64(work.stwprocs) * (work.tMark - work.tSweepTerm)
752                 work.cpuStats.gcPauseTime += sweepTermCpu
753                 work.cpuStats.gcTotalTime += sweepTermCpu
754
755                 // Release the CPU limiter.
756                 gcCPULimiter.finishGCTransition(now)
757         })
758
759         // Release the world sema before Gosched() in STW mode
760         // because we will need to reacquire it later but before
761         // this goroutine becomes runnable again, and we could
762         // self-deadlock otherwise.
763         semrelease(&worldsema)
764         releasem(mp)
765
766         // Make sure we block instead of returning to user code
767         // in STW mode.
768         if mode != gcBackgroundMode {
769                 Gosched()
770         }
771
772         semrelease(&work.startSema)
773 }
774
775 // gcMarkDoneFlushed counts the number of P's with flushed work.
776 //
777 // Ideally this would be a captured local in gcMarkDone, but forEachP
778 // escapes its callback closure, so it can't capture anything.
779 //
780 // This is protected by markDoneSema.
781 var gcMarkDoneFlushed uint32
782
783 // gcMarkDone transitions the GC from mark to mark termination if all
784 // reachable objects have been marked (that is, there are no grey
785 // objects and can be no more in the future). Otherwise, it flushes
786 // all local work to the global queues where it can be discovered by
787 // other workers.
788 //
789 // This should be called when all local mark work has been drained and
790 // there are no remaining workers. Specifically, when
791 //
792 //      work.nwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(p)
793 //
794 // The calling context must be preemptible.
795 //
796 // Flushing local work is important because idle Ps may have local
797 // work queued. This is the only way to make that work visible and
798 // drive GC to completion.
799 //
800 // It is explicitly okay to have write barriers in this function. If
801 // it does transition to mark termination, then all reachable objects
802 // have been marked, so the write barrier cannot shade any more
803 // objects.
804 func gcMarkDone() {
805         // Ensure only one thread is running the ragged barrier at a
806         // time.
807         semacquire(&work.markDoneSema)
808
809 top:
810         // Re-check transition condition under transition lock.
811         //
812         // It's critical that this checks the global work queues are
813         // empty before performing the ragged barrier. Otherwise,
814         // there could be global work that a P could take after the P
815         // has passed the ragged barrier.
816         if !(gcphase == _GCmark && work.nwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(nil)) {
817                 semrelease(&work.markDoneSema)
818                 return
819         }
820
821         // forEachP needs worldsema to execute, and we'll need it to
822         // stop the world later, so acquire worldsema now.
823         semacquire(&worldsema)
824
825         // Flush all local buffers and collect flushedWork flags.
826         gcMarkDoneFlushed = 0
827         systemstack(func() {
828                 gp := getg().m.curg
829                 // Mark the user stack as preemptible so that it may be scanned.
830                 // Otherwise, our attempt to force all P's to a safepoint could
831                 // result in a deadlock as we attempt to preempt a worker that's
832                 // trying to preempt us (e.g. for a stack scan).
833                 casGToWaiting(gp, _Grunning, waitReasonGCMarkTermination)
834                 forEachP(func(pp *p) {
835                         // Flush the write barrier buffer, since this may add
836                         // work to the gcWork.
837                         wbBufFlush1(pp)
838
839                         // Flush the gcWork, since this may create global work
840                         // and set the flushedWork flag.
841                         //
842                         // TODO(austin): Break up these workbufs to
843                         // better distribute work.
844                         pp.gcw.dispose()
845                         // Collect the flushedWork flag.
846                         if pp.gcw.flushedWork {
847                                 atomic.Xadd(&gcMarkDoneFlushed, 1)
848                                 pp.gcw.flushedWork = false
849                         }
850                 })
851                 casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
852         })
853
854         if gcMarkDoneFlushed != 0 {
855                 // More grey objects were discovered since the
856                 // previous termination check, so there may be more
857                 // work to do. Keep going. It's possible the
858                 // transition condition became true again during the
859                 // ragged barrier, so re-check it.
860                 semrelease(&worldsema)
861                 goto top
862         }
863
864         // There was no global work, no local work, and no Ps
865         // communicated work since we took markDoneSema. Therefore
866         // there are no grey objects and no more objects can be
867         // shaded. Transition to mark termination.
868         now := nanotime()
869         work.tMarkTerm = now
870         work.pauseStart = now
871         getg().m.preemptoff = "gcing"
872         systemstack(func() { stopTheWorldWithSema(stwGCMarkTerm) })
873         // The gcphase is _GCmark, it will transition to _GCmarktermination
874         // below. The important thing is that the wb remains active until
875         // all marking is complete. This includes writes made by the GC.
876
877         // There is sometimes work left over when we enter mark termination due
878         // to write barriers performed after the completion barrier above.
879         // Detect this and resume concurrent mark. This is obviously
880         // unfortunate.
881         //
882         // See issue #27993 for details.
883         //
884         // Switch to the system stack to call wbBufFlush1, though in this case
885         // it doesn't matter because we're non-preemptible anyway.
886         restart := false
887         systemstack(func() {
888                 for _, p := range allp {
889                         wbBufFlush1(p)
890                         if !p.gcw.empty() {
891                                 restart = true
892                                 break
893                         }
894                 }
895         })
896         if restart {
897                 getg().m.preemptoff = ""
898                 systemstack(func() {
899                         now := startTheWorldWithSema()
900                         work.pauseNS += now - work.pauseStart
901                         memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
902                 })
903                 semrelease(&worldsema)
904                 goto top
905         }
906
907         gcComputeStartingStackSize()
908
909         // Disable assists and background workers. We must do
910         // this before waking blocked assists.
911         atomic.Store(&gcBlackenEnabled, 0)
912
913         // Notify the CPU limiter that GC assists will now cease.
914         gcCPULimiter.startGCTransition(false, now)
915
916         // Wake all blocked assists. These will run when we
917         // start the world again.
918         gcWakeAllAssists()
919
920         // Likewise, release the transition lock. Blocked
921         // workers and assists will run when we start the
922         // world again.
923         semrelease(&work.markDoneSema)
924
925         // In STW mode, re-enable user goroutines. These will be
926         // queued to run after we start the world.
927         schedEnableUser(true)
928
929         // endCycle depends on all gcWork cache stats being flushed.
930         // The termination algorithm above ensured that up to
931         // allocations since the ragged barrier.
932         gcController.endCycle(now, int(gomaxprocs), work.userForced)
933
934         // Perform mark termination. This will restart the world.
935         gcMarkTermination()
936 }
937
938 // World must be stopped and mark assists and background workers must be
939 // disabled.
940 func gcMarkTermination() {
941         // Start marktermination (write barrier remains enabled for now).
942         setGCPhase(_GCmarktermination)
943
944         work.heap1 = gcController.heapLive.Load()
945         startTime := nanotime()
946
947         mp := acquirem()
948         mp.preemptoff = "gcing"
949         mp.traceback = 2
950         curgp := mp.curg
951         casGToWaiting(curgp, _Grunning, waitReasonGarbageCollection)
952
953         // Run gc on the g0 stack. We do this so that the g stack
954         // we're currently running on will no longer change. Cuts
955         // the root set down a bit (g0 stacks are not scanned, and
956         // we don't need to scan gc's internal state).  We also
957         // need to switch to g0 so we can shrink the stack.
958         systemstack(func() {
959                 gcMark(startTime)
960                 // Must return immediately.
961                 // The outer function's stack may have moved
962                 // during gcMark (it shrinks stacks, including the
963                 // outer function's stack), so we must not refer
964                 // to any of its variables. Return back to the
965                 // non-system stack to pick up the new addresses
966                 // before continuing.
967         })
968
969         var stwSwept bool
970         systemstack(func() {
971                 work.heap2 = work.bytesMarked
972                 if debug.gccheckmark > 0 {
973                         // Run a full non-parallel, stop-the-world
974                         // mark using checkmark bits, to check that we
975                         // didn't forget to mark anything during the
976                         // concurrent mark process.
977                         startCheckmarks()
978                         gcResetMarkState()
979                         gcw := &getg().m.p.ptr().gcw
980                         gcDrain(gcw, 0)
981                         wbBufFlush1(getg().m.p.ptr())
982                         gcw.dispose()
983                         endCheckmarks()
984                 }
985
986                 // marking is complete so we can turn the write barrier off
987                 setGCPhase(_GCoff)
988                 stwSwept = gcSweep(work.mode)
989         })
990
991         mp.traceback = 0
992         casgstatus(curgp, _Gwaiting, _Grunning)
993
994         if traceEnabled() {
995                 traceGCDone()
996         }
997
998         // all done
999         mp.preemptoff = ""
1000
1001         if gcphase != _GCoff {
1002                 throw("gc done but gcphase != _GCoff")
1003         }
1004
1005         // Record heapInUse for scavenger.
1006         memstats.lastHeapInUse = gcController.heapInUse.load()
1007
1008         // Update GC trigger and pacing, as well as downstream consumers
1009         // of this pacing information, for the next cycle.
1010         systemstack(gcControllerCommit)
1011
1012         // Update timing memstats
1013         now := nanotime()
1014         sec, nsec, _ := time_now()
1015         unixNow := sec*1e9 + int64(nsec)
1016         work.pauseNS += now - work.pauseStart
1017         work.tEnd = now
1018         memstats.gcPauseDist.record(now - work.pauseStart)
1019         atomic.Store64(&memstats.last_gc_unix, uint64(unixNow)) // must be Unix time to make sense to user
1020         atomic.Store64(&memstats.last_gc_nanotime, uint64(now)) // monotonic time for us
1021         memstats.pause_ns[memstats.numgc%uint32(len(memstats.pause_ns))] = uint64(work.pauseNS)
1022         memstats.pause_end[memstats.numgc%uint32(len(memstats.pause_end))] = uint64(unixNow)
1023         memstats.pause_total_ns += uint64(work.pauseNS)
1024
1025         markTermCpu := int64(work.stwprocs) * (work.tEnd - work.tMarkTerm)
1026         work.cpuStats.gcPauseTime += markTermCpu
1027         work.cpuStats.gcTotalTime += markTermCpu
1028
1029         // Accumulate CPU stats.
1030         //
1031         // Pass gcMarkPhase=true so we can get all the latest GC CPU stats in there too.
1032         work.cpuStats.accumulate(now, true)
1033
1034         // Compute overall GC CPU utilization.
1035         // Omit idle marking time from the overall utilization here since it's "free".
1036         memstats.gc_cpu_fraction = float64(work.cpuStats.gcTotalTime-work.cpuStats.gcIdleTime) / float64(work.cpuStats.totalTime)
1037
1038         // Reset assist time and background time stats.
1039         //
1040         // Do this now, instead of at the start of the next GC cycle, because
1041         // these two may keep accumulating even if the GC is not active.
1042         scavenge.assistTime.Store(0)
1043         scavenge.backgroundTime.Store(0)
1044
1045         // Reset idle time stat.
1046         sched.idleTime.Store(0)
1047
1048         if work.userForced {
1049                 memstats.numforcedgc++
1050         }
1051
1052         // Bump GC cycle count and wake goroutines waiting on sweep.
1053         lock(&work.sweepWaiters.lock)
1054         memstats.numgc++
1055         injectglist(&work.sweepWaiters.list)
1056         unlock(&work.sweepWaiters.lock)
1057
1058         // Increment the scavenge generation now.
1059         //
1060         // This moment represents peak heap in use because we're
1061         // about to start sweeping.
1062         mheap_.pages.scav.index.nextGen()
1063
1064         // Release the CPU limiter.
1065         gcCPULimiter.finishGCTransition(now)
1066
1067         // Finish the current heap profiling cycle and start a new
1068         // heap profiling cycle. We do this before starting the world
1069         // so events don't leak into the wrong cycle.
1070         mProf_NextCycle()
1071
1072         // There may be stale spans in mcaches that need to be swept.
1073         // Those aren't tracked in any sweep lists, so we need to
1074         // count them against sweep completion until we ensure all
1075         // those spans have been forced out.
1076         //
1077         // If gcSweep fully swept the heap (for example if the sweep
1078         // is not concurrent due to a GODEBUG setting), then we expect
1079         // the sweepLocker to be invalid, since sweeping is done.
1080         //
1081         // N.B. Below we might duplicate some work from gcSweep; this is
1082         // fine as all that work is idempotent within a GC cycle, and
1083         // we're still holding worldsema so a new cycle can't start.
1084         sl := sweep.active.begin()
1085         if !stwSwept && !sl.valid {
1086                 throw("failed to set sweep barrier")
1087         } else if stwSwept && sl.valid {
1088                 throw("non-concurrent sweep failed to drain all sweep queues")
1089         }
1090
1091         systemstack(func() { startTheWorldWithSema() })
1092
1093         // Flush the heap profile so we can start a new cycle next GC.
1094         // This is relatively expensive, so we don't do it with the
1095         // world stopped.
1096         mProf_Flush()
1097
1098         // Prepare workbufs for freeing by the sweeper. We do this
1099         // asynchronously because it can take non-trivial time.
1100         prepareFreeWorkbufs()
1101
1102         // Free stack spans. This must be done between GC cycles.
1103         systemstack(freeStackSpans)
1104
1105         // Ensure all mcaches are flushed. Each P will flush its own
1106         // mcache before allocating, but idle Ps may not. Since this
1107         // is necessary to sweep all spans, we need to ensure all
1108         // mcaches are flushed before we start the next GC cycle.
1109         //
1110         // While we're here, flush the page cache for idle Ps to avoid
1111         // having pages get stuck on them. These pages are hidden from
1112         // the scavenger, so in small idle heaps a significant amount
1113         // of additional memory might be held onto.
1114         //
1115         // Also, flush the pinner cache, to avoid leaking that memory
1116         // indefinitely.
1117         systemstack(func() {
1118                 forEachP(func(pp *p) {
1119                         pp.mcache.prepareForSweep()
1120                         if pp.status == _Pidle {
1121                                 systemstack(func() {
1122                                         lock(&mheap_.lock)
1123                                         pp.pcache.flush(&mheap_.pages)
1124                                         unlock(&mheap_.lock)
1125                                 })
1126                         }
1127                         pp.pinnerCache = nil
1128                 })
1129         })
1130         if sl.valid {
1131                 // Now that we've swept stale spans in mcaches, they don't
1132                 // count against unswept spans.
1133                 //
1134                 // Note: this sweepLocker may not be valid if sweeping had
1135                 // already completed during the STW. See the corresponding
1136                 // begin() call that produced sl.
1137                 sweep.active.end(sl)
1138         }
1139
1140         // Print gctrace before dropping worldsema. As soon as we drop
1141         // worldsema another cycle could start and smash the stats
1142         // we're trying to print.
1143         if debug.gctrace > 0 {
1144                 util := int(memstats.gc_cpu_fraction * 100)
1145
1146                 var sbuf [24]byte
1147                 printlock()
1148                 print("gc ", memstats.numgc,
1149                         " @", string(itoaDiv(sbuf[:], uint64(work.tSweepTerm-runtimeInitTime)/1e6, 3)), "s ",
1150                         util, "%: ")
1151                 prev := work.tSweepTerm
1152                 for i, ns := range []int64{work.tMark, work.tMarkTerm, work.tEnd} {
1153                         if i != 0 {
1154                                 print("+")
1155                         }
1156                         print(string(fmtNSAsMS(sbuf[:], uint64(ns-prev))))
1157                         prev = ns
1158                 }
1159                 print(" ms clock, ")
1160                 for i, ns := range []int64{
1161                         int64(work.stwprocs) * (work.tMark - work.tSweepTerm),
1162                         gcController.assistTime.Load(),
1163                         gcController.dedicatedMarkTime.Load() + gcController.fractionalMarkTime.Load(),
1164                         gcController.idleMarkTime.Load(),
1165                         markTermCpu,
1166                 } {
1167                         if i == 2 || i == 3 {
1168                                 // Separate mark time components with /.
1169                                 print("/")
1170                         } else if i != 0 {
1171                                 print("+")
1172                         }
1173                         print(string(fmtNSAsMS(sbuf[:], uint64(ns))))
1174                 }
1175                 print(" ms cpu, ",
1176                         work.heap0>>20, "->", work.heap1>>20, "->", work.heap2>>20, " MB, ",
1177                         gcController.lastHeapGoal>>20, " MB goal, ",
1178                         gcController.lastStackScan.Load()>>20, " MB stacks, ",
1179                         gcController.globalsScan.Load()>>20, " MB globals, ",
1180                         work.maxprocs, " P")
1181                 if work.userForced {
1182                         print(" (forced)")
1183                 }
1184                 print("\n")
1185                 printunlock()
1186         }
1187
1188         // Set any arena chunks that were deferred to fault.
1189         lock(&userArenaState.lock)
1190         faultList := userArenaState.fault
1191         userArenaState.fault = nil
1192         unlock(&userArenaState.lock)
1193         for _, lc := range faultList {
1194                 lc.mspan.setUserArenaChunkToFault()
1195         }
1196
1197         // Enable huge pages on some metadata if we cross a heap threshold.
1198         if gcController.heapGoal() > minHeapForMetadataHugePages {
1199                 mheap_.enableMetadataHugePages()
1200         }
1201
1202         semrelease(&worldsema)
1203         semrelease(&gcsema)
1204         // Careful: another GC cycle may start now.
1205
1206         releasem(mp)
1207         mp = nil
1208
1209         // now that gc is done, kick off finalizer thread if needed
1210         if !concurrentSweep {
1211                 // give the queued finalizers, if any, a chance to run
1212                 Gosched()
1213         }
1214 }
1215
1216 // gcBgMarkStartWorkers prepares background mark worker goroutines. These
1217 // goroutines will not run until the mark phase, but they must be started while
1218 // the work is not stopped and from a regular G stack. The caller must hold
1219 // worldsema.
1220 func gcBgMarkStartWorkers() {
1221         // Background marking is performed by per-P G's. Ensure that each P has
1222         // a background GC G.
1223         //
1224         // Worker Gs don't exit if gomaxprocs is reduced. If it is raised
1225         // again, we can reuse the old workers; no need to create new workers.
1226         for gcBgMarkWorkerCount < gomaxprocs {
1227                 go gcBgMarkWorker()
1228
1229                 notetsleepg(&work.bgMarkReady, -1)
1230                 noteclear(&work.bgMarkReady)
1231                 // The worker is now guaranteed to be added to the pool before
1232                 // its P's next findRunnableGCWorker.
1233
1234                 gcBgMarkWorkerCount++
1235         }
1236 }
1237
1238 // gcBgMarkPrepare sets up state for background marking.
1239 // Mutator assists must not yet be enabled.
1240 func gcBgMarkPrepare() {
1241         // Background marking will stop when the work queues are empty
1242         // and there are no more workers (note that, since this is
1243         // concurrent, this may be a transient state, but mark
1244         // termination will clean it up). Between background workers
1245         // and assists, we don't really know how many workers there
1246         // will be, so we pretend to have an arbitrarily large number
1247         // of workers, almost all of which are "waiting". While a
1248         // worker is working it decrements nwait. If nproc == nwait,
1249         // there are no workers.
1250         work.nproc = ^uint32(0)
1251         work.nwait = ^uint32(0)
1252 }
1253
1254 // gcBgMarkWorkerNode is an entry in the gcBgMarkWorkerPool. It points to a single
1255 // gcBgMarkWorker goroutine.
1256 type gcBgMarkWorkerNode struct {
1257         // Unused workers are managed in a lock-free stack. This field must be first.
1258         node lfnode
1259
1260         // The g of this worker.
1261         gp guintptr
1262
1263         // Release this m on park. This is used to communicate with the unlock
1264         // function, which cannot access the G's stack. It is unused outside of
1265         // gcBgMarkWorker().
1266         m muintptr
1267 }
1268
1269 func gcBgMarkWorker() {
1270         gp := getg()
1271
1272         // We pass node to a gopark unlock function, so it can't be on
1273         // the stack (see gopark). Prevent deadlock from recursively
1274         // starting GC by disabling preemption.
1275         gp.m.preemptoff = "GC worker init"
1276         node := new(gcBgMarkWorkerNode)
1277         gp.m.preemptoff = ""
1278
1279         node.gp.set(gp)
1280
1281         node.m.set(acquirem())
1282         notewakeup(&work.bgMarkReady)
1283         // After this point, the background mark worker is generally scheduled
1284         // cooperatively by gcController.findRunnableGCWorker. While performing
1285         // work on the P, preemption is disabled because we are working on
1286         // P-local work buffers. When the preempt flag is set, this puts itself
1287         // into _Gwaiting to be woken up by gcController.findRunnableGCWorker
1288         // at the appropriate time.
1289         //
1290         // When preemption is enabled (e.g., while in gcMarkDone), this worker
1291         // may be preempted and schedule as a _Grunnable G from a runq. That is
1292         // fine; it will eventually gopark again for further scheduling via
1293         // findRunnableGCWorker.
1294         //
1295         // Since we disable preemption before notifying bgMarkReady, we
1296         // guarantee that this G will be in the worker pool for the next
1297         // findRunnableGCWorker. This isn't strictly necessary, but it reduces
1298         // latency between _GCmark starting and the workers starting.
1299
1300         for {
1301                 // Go to sleep until woken by
1302                 // gcController.findRunnableGCWorker.
1303                 gopark(func(g *g, nodep unsafe.Pointer) bool {
1304                         node := (*gcBgMarkWorkerNode)(nodep)
1305
1306                         if mp := node.m.ptr(); mp != nil {
1307                                 // The worker G is no longer running; release
1308                                 // the M.
1309                                 //
1310                                 // N.B. it is _safe_ to release the M as soon
1311                                 // as we are no longer performing P-local mark
1312                                 // work.
1313                                 //
1314                                 // However, since we cooperatively stop work
1315                                 // when gp.preempt is set, if we releasem in
1316                                 // the loop then the following call to gopark
1317                                 // would immediately preempt the G. This is
1318                                 // also safe, but inefficient: the G must
1319                                 // schedule again only to enter gopark and park
1320                                 // again. Thus, we defer the release until
1321                                 // after parking the G.
1322                                 releasem(mp)
1323                         }
1324
1325                         // Release this G to the pool.
1326                         gcBgMarkWorkerPool.push(&node.node)
1327                         // Note that at this point, the G may immediately be
1328                         // rescheduled and may be running.
1329                         return true
1330                 }, unsafe.Pointer(node), waitReasonGCWorkerIdle, traceBlockSystemGoroutine, 0)
1331
1332                 // Preemption must not occur here, or another G might see
1333                 // p.gcMarkWorkerMode.
1334
1335                 // Disable preemption so we can use the gcw. If the
1336                 // scheduler wants to preempt us, we'll stop draining,
1337                 // dispose the gcw, and then preempt.
1338                 node.m.set(acquirem())
1339                 pp := gp.m.p.ptr() // P can't change with preemption disabled.
1340
1341                 if gcBlackenEnabled == 0 {
1342                         println("worker mode", pp.gcMarkWorkerMode)
1343                         throw("gcBgMarkWorker: blackening not enabled")
1344                 }
1345
1346                 if pp.gcMarkWorkerMode == gcMarkWorkerNotWorker {
1347                         throw("gcBgMarkWorker: mode not set")
1348                 }
1349
1350                 startTime := nanotime()
1351                 pp.gcMarkWorkerStartTime = startTime
1352                 var trackLimiterEvent bool
1353                 if pp.gcMarkWorkerMode == gcMarkWorkerIdleMode {
1354                         trackLimiterEvent = pp.limiterEvent.start(limiterEventIdleMarkWork, startTime)
1355                 }
1356
1357                 decnwait := atomic.Xadd(&work.nwait, -1)
1358                 if decnwait == work.nproc {
1359                         println("runtime: work.nwait=", decnwait, "work.nproc=", work.nproc)
1360                         throw("work.nwait was > work.nproc")
1361                 }
1362
1363                 systemstack(func() {
1364                         // Mark our goroutine preemptible so its stack
1365                         // can be scanned. This lets two mark workers
1366                         // scan each other (otherwise, they would
1367                         // deadlock). We must not modify anything on
1368                         // the G stack. However, stack shrinking is
1369                         // disabled for mark workers, so it is safe to
1370                         // read from the G stack.
1371                         casGToWaiting(gp, _Grunning, waitReasonGCWorkerActive)
1372                         switch pp.gcMarkWorkerMode {
1373                         default:
1374                                 throw("gcBgMarkWorker: unexpected gcMarkWorkerMode")
1375                         case gcMarkWorkerDedicatedMode:
1376                                 gcDrainMarkWorkerDedicated(&pp.gcw, true)
1377                                 if gp.preempt {
1378                                         // We were preempted. This is
1379                                         // a useful signal to kick
1380                                         // everything out of the run
1381                                         // queue so it can run
1382                                         // somewhere else.
1383                                         if drainQ, n := runqdrain(pp); n > 0 {
1384                                                 lock(&sched.lock)
1385                                                 globrunqputbatch(&drainQ, int32(n))
1386                                                 unlock(&sched.lock)
1387                                         }
1388                                 }
1389                                 // Go back to draining, this time
1390                                 // without preemption.
1391                                 gcDrainMarkWorkerDedicated(&pp.gcw, false)
1392                         case gcMarkWorkerFractionalMode:
1393                                 gcDrainMarkWorkerFractional(&pp.gcw)
1394                         case gcMarkWorkerIdleMode:
1395                                 gcDrainMarkWorkerIdle(&pp.gcw)
1396                         }
1397                         casgstatus(gp, _Gwaiting, _Grunning)
1398                 })
1399
1400                 // Account for time and mark us as stopped.
1401                 now := nanotime()
1402                 duration := now - startTime
1403                 gcController.markWorkerStop(pp.gcMarkWorkerMode, duration)
1404                 if trackLimiterEvent {
1405                         pp.limiterEvent.stop(limiterEventIdleMarkWork, now)
1406                 }
1407                 if pp.gcMarkWorkerMode == gcMarkWorkerFractionalMode {
1408                         atomic.Xaddint64(&pp.gcFractionalMarkTime, duration)
1409                 }
1410
1411                 // Was this the last worker and did we run out
1412                 // of work?
1413                 incnwait := atomic.Xadd(&work.nwait, +1)
1414                 if incnwait > work.nproc {
1415                         println("runtime: p.gcMarkWorkerMode=", pp.gcMarkWorkerMode,
1416                                 "work.nwait=", incnwait, "work.nproc=", work.nproc)
1417                         throw("work.nwait > work.nproc")
1418                 }
1419
1420                 // We'll releasem after this point and thus this P may run
1421                 // something else. We must clear the worker mode to avoid
1422                 // attributing the mode to a different (non-worker) G in
1423                 // traceGoStart.
1424                 pp.gcMarkWorkerMode = gcMarkWorkerNotWorker
1425
1426                 // If this worker reached a background mark completion
1427                 // point, signal the main GC goroutine.
1428                 if incnwait == work.nproc && !gcMarkWorkAvailable(nil) {
1429                         // We don't need the P-local buffers here, allow
1430                         // preemption because we may schedule like a regular
1431                         // goroutine in gcMarkDone (block on locks, etc).
1432                         releasem(node.m.ptr())
1433                         node.m.set(nil)
1434
1435                         gcMarkDone()
1436                 }
1437         }
1438 }
1439
1440 // gcMarkWorkAvailable reports whether executing a mark worker
1441 // on p is potentially useful. p may be nil, in which case it only
1442 // checks the global sources of work.
1443 func gcMarkWorkAvailable(p *p) bool {
1444         if p != nil && !p.gcw.empty() {
1445                 return true
1446         }
1447         if !work.full.empty() {
1448                 return true // global work available
1449         }
1450         if work.markrootNext < work.markrootJobs {
1451                 return true // root scan work available
1452         }
1453         return false
1454 }
1455
1456 // gcMark runs the mark (or, for concurrent GC, mark termination)
1457 // All gcWork caches must be empty.
1458 // STW is in effect at this point.
1459 func gcMark(startTime int64) {
1460         if debug.allocfreetrace > 0 {
1461                 tracegc()
1462         }
1463
1464         if gcphase != _GCmarktermination {
1465                 throw("in gcMark expecting to see gcphase as _GCmarktermination")
1466         }
1467         work.tstart = startTime
1468
1469         // Check that there's no marking work remaining.
1470         if work.full != 0 || work.markrootNext < work.markrootJobs {
1471                 print("runtime: full=", hex(work.full), " next=", work.markrootNext, " jobs=", work.markrootJobs, " nDataRoots=", work.nDataRoots, " nBSSRoots=", work.nBSSRoots, " nSpanRoots=", work.nSpanRoots, " nStackRoots=", work.nStackRoots, "\n")
1472                 panic("non-empty mark queue after concurrent mark")
1473         }
1474
1475         if debug.gccheckmark > 0 {
1476                 // This is expensive when there's a large number of
1477                 // Gs, so only do it if checkmark is also enabled.
1478                 gcMarkRootCheck()
1479         }
1480
1481         // Drop allg snapshot. allgs may have grown, in which case
1482         // this is the only reference to the old backing store and
1483         // there's no need to keep it around.
1484         work.stackRoots = nil
1485
1486         // Clear out buffers and double-check that all gcWork caches
1487         // are empty. This should be ensured by gcMarkDone before we
1488         // enter mark termination.
1489         //
1490         // TODO: We could clear out buffers just before mark if this
1491         // has a non-negligible impact on STW time.
1492         for _, p := range allp {
1493                 // The write barrier may have buffered pointers since
1494                 // the gcMarkDone barrier. However, since the barrier
1495                 // ensured all reachable objects were marked, all of
1496                 // these must be pointers to black objects. Hence we
1497                 // can just discard the write barrier buffer.
1498                 if debug.gccheckmark > 0 {
1499                         // For debugging, flush the buffer and make
1500                         // sure it really was all marked.
1501                         wbBufFlush1(p)
1502                 } else {
1503                         p.wbBuf.reset()
1504                 }
1505
1506                 gcw := &p.gcw
1507                 if !gcw.empty() {
1508                         printlock()
1509                         print("runtime: P ", p.id, " flushedWork ", gcw.flushedWork)
1510                         if gcw.wbuf1 == nil {
1511                                 print(" wbuf1=<nil>")
1512                         } else {
1513                                 print(" wbuf1.n=", gcw.wbuf1.nobj)
1514                         }
1515                         if gcw.wbuf2 == nil {
1516                                 print(" wbuf2=<nil>")
1517                         } else {
1518                                 print(" wbuf2.n=", gcw.wbuf2.nobj)
1519                         }
1520                         print("\n")
1521                         throw("P has cached GC work at end of mark termination")
1522                 }
1523                 // There may still be cached empty buffers, which we
1524                 // need to flush since we're going to free them. Also,
1525                 // there may be non-zero stats because we allocated
1526                 // black after the gcMarkDone barrier.
1527                 gcw.dispose()
1528         }
1529
1530         // Flush scanAlloc from each mcache since we're about to modify
1531         // heapScan directly. If we were to flush this later, then scanAlloc
1532         // might have incorrect information.
1533         //
1534         // Note that it's not important to retain this information; we know
1535         // exactly what heapScan is at this point via scanWork.
1536         for _, p := range allp {
1537                 c := p.mcache
1538                 if c == nil {
1539                         continue
1540                 }
1541                 c.scanAlloc = 0
1542         }
1543
1544         // Reset controller state.
1545         gcController.resetLive(work.bytesMarked)
1546 }
1547
1548 // gcSweep must be called on the system stack because it acquires the heap
1549 // lock. See mheap for details.
1550 //
1551 // Returns true if the heap was fully swept by this function.
1552 //
1553 // The world must be stopped.
1554 //
1555 //go:systemstack
1556 func gcSweep(mode gcMode) bool {
1557         assertWorldStopped()
1558
1559         if gcphase != _GCoff {
1560                 throw("gcSweep being done but phase is not GCoff")
1561         }
1562
1563         lock(&mheap_.lock)
1564         mheap_.sweepgen += 2
1565         sweep.active.reset()
1566         mheap_.pagesSwept.Store(0)
1567         mheap_.sweepArenas = mheap_.allArenas
1568         mheap_.reclaimIndex.Store(0)
1569         mheap_.reclaimCredit.Store(0)
1570         unlock(&mheap_.lock)
1571
1572         sweep.centralIndex.clear()
1573
1574         if !concurrentSweep || mode == gcForceBlockMode {
1575                 // Special case synchronous sweep.
1576                 // Record that no proportional sweeping has to happen.
1577                 lock(&mheap_.lock)
1578                 mheap_.sweepPagesPerByte = 0
1579                 unlock(&mheap_.lock)
1580                 // Flush all mcaches.
1581                 for _, pp := range allp {
1582                         pp.mcache.prepareForSweep()
1583                 }
1584                 // Sweep all spans eagerly.
1585                 for sweepone() != ^uintptr(0) {
1586                 }
1587                 // Free workbufs eagerly.
1588                 prepareFreeWorkbufs()
1589                 for freeSomeWbufs(false) {
1590                 }
1591                 // All "free" events for this mark/sweep cycle have
1592                 // now happened, so we can make this profile cycle
1593                 // available immediately.
1594                 mProf_NextCycle()
1595                 mProf_Flush()
1596                 return true
1597         }
1598
1599         // Background sweep.
1600         lock(&sweep.lock)
1601         if sweep.parked {
1602                 sweep.parked = false
1603                 ready(sweep.g, 0, true)
1604         }
1605         unlock(&sweep.lock)
1606         return false
1607 }
1608
1609 // gcResetMarkState resets global state prior to marking (concurrent
1610 // or STW) and resets the stack scan state of all Gs.
1611 //
1612 // This is safe to do without the world stopped because any Gs created
1613 // during or after this will start out in the reset state.
1614 //
1615 // gcResetMarkState must be called on the system stack because it acquires
1616 // the heap lock. See mheap for details.
1617 //
1618 //go:systemstack
1619 func gcResetMarkState() {
1620         // This may be called during a concurrent phase, so lock to make sure
1621         // allgs doesn't change.
1622         forEachG(func(gp *g) {
1623                 gp.gcscandone = false // set to true in gcphasework
1624                 gp.gcAssistBytes = 0
1625         })
1626
1627         // Clear page marks. This is just 1MB per 64GB of heap, so the
1628         // time here is pretty trivial.
1629         lock(&mheap_.lock)
1630         arenas := mheap_.allArenas
1631         unlock(&mheap_.lock)
1632         for _, ai := range arenas {
1633                 ha := mheap_.arenas[ai.l1()][ai.l2()]
1634                 for i := range ha.pageMarks {
1635                         ha.pageMarks[i] = 0
1636                 }
1637         }
1638
1639         work.bytesMarked = 0
1640         work.initialHeapLive = gcController.heapLive.Load()
1641 }
1642
1643 // Hooks for other packages
1644
1645 var poolcleanup func()
1646 var boringCaches []unsafe.Pointer // for crypto/internal/boring
1647
1648 //go:linkname sync_runtime_registerPoolCleanup sync.runtime_registerPoolCleanup
1649 func sync_runtime_registerPoolCleanup(f func()) {
1650         poolcleanup = f
1651 }
1652
1653 //go:linkname boring_registerCache crypto/internal/boring/bcache.registerCache
1654 func boring_registerCache(p unsafe.Pointer) {
1655         boringCaches = append(boringCaches, p)
1656 }
1657
1658 func clearpools() {
1659         // clear sync.Pools
1660         if poolcleanup != nil {
1661                 poolcleanup()
1662         }
1663
1664         // clear boringcrypto caches
1665         for _, p := range boringCaches {
1666                 atomicstorep(p, nil)
1667         }
1668
1669         // Clear central sudog cache.
1670         // Leave per-P caches alone, they have strictly bounded size.
1671         // Disconnect cached list before dropping it on the floor,
1672         // so that a dangling ref to one entry does not pin all of them.
1673         lock(&sched.sudoglock)
1674         var sg, sgnext *sudog
1675         for sg = sched.sudogcache; sg != nil; sg = sgnext {
1676                 sgnext = sg.next
1677                 sg.next = nil
1678         }
1679         sched.sudogcache = nil
1680         unlock(&sched.sudoglock)
1681
1682         // Clear central defer pool.
1683         // Leave per-P pools alone, they have strictly bounded size.
1684         lock(&sched.deferlock)
1685         // disconnect cached list before dropping it on the floor,
1686         // so that a dangling ref to one entry does not pin all of them.
1687         var d, dlink *_defer
1688         for d = sched.deferpool; d != nil; d = dlink {
1689                 dlink = d.link
1690                 d.link = nil
1691         }
1692         sched.deferpool = nil
1693         unlock(&sched.deferlock)
1694 }
1695
1696 // Timing
1697
1698 // itoaDiv formats val/(10**dec) into buf.
1699 func itoaDiv(buf []byte, val uint64, dec int) []byte {
1700         i := len(buf) - 1
1701         idec := i - dec
1702         for val >= 10 || i >= idec {
1703                 buf[i] = byte(val%10 + '0')
1704                 i--
1705                 if i == idec {
1706                         buf[i] = '.'
1707                         i--
1708                 }
1709                 val /= 10
1710         }
1711         buf[i] = byte(val + '0')
1712         return buf[i:]
1713 }
1714
1715 // fmtNSAsMS nicely formats ns nanoseconds as milliseconds.
1716 func fmtNSAsMS(buf []byte, ns uint64) []byte {
1717         if ns >= 10e6 {
1718                 // Format as whole milliseconds.
1719                 return itoaDiv(buf, ns/1e6, 0)
1720         }
1721         // Format two digits of precision, with at most three decimal places.
1722         x := ns / 1e3
1723         if x == 0 {
1724                 buf[0] = '0'
1725                 return buf[:1]
1726         }
1727         dec := 3
1728         for x >= 100 {
1729                 x /= 10
1730                 dec--
1731         }
1732         return itoaDiv(buf, x, dec)
1733 }
1734
1735 // Helpers for testing GC.
1736
1737 // gcTestMoveStackOnNextCall causes the stack to be moved on a call
1738 // immediately following the call to this. It may not work correctly
1739 // if any other work appears after this call (such as returning).
1740 // Typically the following call should be marked go:noinline so it
1741 // performs a stack check.
1742 //
1743 // In rare cases this may not cause the stack to move, specifically if
1744 // there's a preemption between this call and the next.
1745 func gcTestMoveStackOnNextCall() {
1746         gp := getg()
1747         gp.stackguard0 = stackForceMove
1748 }
1749
1750 // gcTestIsReachable performs a GC and returns a bit set where bit i
1751 // is set if ptrs[i] is reachable.
1752 func gcTestIsReachable(ptrs ...unsafe.Pointer) (mask uint64) {
1753         // This takes the pointers as unsafe.Pointers in order to keep
1754         // them live long enough for us to attach specials. After
1755         // that, we drop our references to them.
1756
1757         if len(ptrs) > 64 {
1758                 panic("too many pointers for uint64 mask")
1759         }
1760
1761         // Block GC while we attach specials and drop our references
1762         // to ptrs. Otherwise, if a GC is in progress, it could mark
1763         // them reachable via this function before we have a chance to
1764         // drop them.
1765         semacquire(&gcsema)
1766
1767         // Create reachability specials for ptrs.
1768         specials := make([]*specialReachable, len(ptrs))
1769         for i, p := range ptrs {
1770                 lock(&mheap_.speciallock)
1771                 s := (*specialReachable)(mheap_.specialReachableAlloc.alloc())
1772                 unlock(&mheap_.speciallock)
1773                 s.special.kind = _KindSpecialReachable
1774                 if !addspecial(p, &s.special) {
1775                         throw("already have a reachable special (duplicate pointer?)")
1776                 }
1777                 specials[i] = s
1778                 // Make sure we don't retain ptrs.
1779                 ptrs[i] = nil
1780         }
1781
1782         semrelease(&gcsema)
1783
1784         // Force a full GC and sweep.
1785         GC()
1786
1787         // Process specials.
1788         for i, s := range specials {
1789                 if !s.done {
1790                         printlock()
1791                         println("runtime: object", i, "was not swept")
1792                         throw("IsReachable failed")
1793                 }
1794                 if s.reachable {
1795                         mask |= 1 << i
1796                 }
1797                 lock(&mheap_.speciallock)
1798                 mheap_.specialReachableAlloc.free(unsafe.Pointer(s))
1799                 unlock(&mheap_.speciallock)
1800         }
1801
1802         return mask
1803 }
1804
1805 // gcTestPointerClass returns the category of what p points to, one of:
1806 // "heap", "stack", "data", "bss", "other". This is useful for checking
1807 // that a test is doing what it's intended to do.
1808 //
1809 // This is nosplit simply to avoid extra pointer shuffling that may
1810 // complicate a test.
1811 //
1812 //go:nosplit
1813 func gcTestPointerClass(p unsafe.Pointer) string {
1814         p2 := uintptr(noescape(p))
1815         gp := getg()
1816         if gp.stack.lo <= p2 && p2 < gp.stack.hi {
1817                 return "stack"
1818         }
1819         if base, _, _ := findObject(p2, 0, 0); base != 0 {
1820                 return "heap"
1821         }
1822         for _, datap := range activeModules() {
1823                 if datap.data <= p2 && p2 < datap.edata || datap.noptrdata <= p2 && p2 < datap.enoptrdata {
1824                         return "data"
1825                 }
1826                 if datap.bss <= p2 && p2 < datap.ebss || datap.noptrbss <= p2 && p2 <= datap.enoptrbss {
1827                         return "bss"
1828                 }
1829         }
1830         KeepAlive(p)
1831         return "other"
1832 }