]> git.llucax.com Git - software/dgc/cdgc.git/blob - rt/gc/cdgc/gc.d
Allow mapping shared memory to allocate bitsets
[software/dgc/cdgc.git] / rt / gc / cdgc / gc.d
1 /**
2  * This module contains the garbage collector implementation.
3  *
4  * Copyright: Copyright (C) 2001-2007 Digital Mars, www.digitalmars.com.
5  *            All rights reserved.
6  * License:
7  *  This software is provided 'as-is', without any express or implied
8  *  warranty. In no event will the authors be held liable for any damages
9  *  arising from the use of this software.
10  *
11  *  Permission is granted to anyone to use this software for any purpose,
12  *  including commercial applications, and to alter it and redistribute it
13  *  freely, in both source and binary form, subject to the following
14  *  restrictions:
15  *
16  *  o  The origin of this software must not be misrepresented; you must not
17  *     claim that you wrote the original software. If you use this software
18  *     in a product, an acknowledgment in the product documentation would be
19  *     appreciated but is not required.
20  *  o  Altered source versions must be plainly marked as such, and must not
21  *     be misrepresented as being the original software.
22  *  o  This notice may not be removed or altered from any source
23  *     distribution.
24  * Authors:   Walter Bright, David Friedman, Sean Kelly
25  */
26
27 module rt.gc.cdgc.gc;
28
29 // D Programming Language Garbage Collector implementation
30
31 /************** Debugging ***************************/
32
33 //debug = COLLECT_PRINTF;       // turn on printf's
34 //debug = PTRCHECK;             // more pointer checking
35 //debug = PTRCHECK2;            // thorough but slow pointer checking
36
37 /*************** Configuration *********************/
38
39 version = STACKGROWSDOWN;       // growing the stack means subtracting from the stack pointer
40                                 // (use for Intel X86 CPUs)
41                                 // else growing the stack means adding to the stack pointer
42
43 /***************************************************/
44
45 import rt.gc.cdgc.bits: GCBits;
46 import rt.gc.cdgc.stats: GCStats, Stats;
47 import dynarray = rt.gc.cdgc.dynarray;
48 import alloc = rt.gc.cdgc.alloc;
49 import opts = rt.gc.cdgc.opts;
50
51 import cstdlib = tango.stdc.stdlib;
52 import cstring = tango.stdc.string;
53
54 /*
55  * This is a small optimization that proved it's usefulness. For small chunks
56  * or memory memset() seems to be slower (probably because of the call) that
57  * simply doing a simple loop to set the memory.
58  */
59 void memset(void* dst, int c, size_t n)
60 {
61     // This number (32) has been determined empirically
62     if (n > 32) {
63         cstring.memset(dst, c, n);
64         return;
65     }
66     auto p = cast(ubyte*)(dst);
67     while (n-- > 0)
68         *p++ = c;
69 }
70
71 version (GNU)
72 {
73     // BUG: The following import will likely not work, since the gcc
74     //      subdirectory is elsewhere.  Instead, perhaps the functions
75     //      could be declared directly or some other resolution could
76     //      be found.
77     static import gcc.builtins; // for __builtin_unwind_int
78 }
79
80 struct BlkInfo
81 {
82     void*  base;
83     size_t size;
84     uint   attr;
85 }
86
87 package enum BlkAttr : uint
88 {
89     FINALIZE = 0b0000_0001,
90     NO_SCAN  = 0b0000_0010,
91     NO_MOVE  = 0b0000_0100,
92     ALL_BITS = 0b1111_1111
93 }
94
95 package bool has_pointermap(uint attrs)
96 {
97     return !opts.options.conservative && !(attrs & BlkAttr.NO_SCAN);
98 }
99
100 private
101 {
102     alias void delegate(Object) DEvent;
103     alias void delegate( void*, void* ) scanFn;
104     enum { OPFAIL = ~cast(size_t)0 }
105
106     extern (C)
107     {
108         version (DigitalMars) version(OSX)
109             oid _d_osx_image_init();
110
111         void* rt_stackBottom();
112         void* rt_stackTop();
113         void rt_finalize( void* p, bool det = true );
114         void rt_attachDisposeEvent(Object h, DEvent e);
115         bool rt_detachDisposeEvent(Object h, DEvent e);
116         void rt_scanStaticData( scanFn scan );
117
118         void thread_init();
119         bool thread_needLock();
120         void thread_suspendAll();
121         void thread_resumeAll();
122         void thread_scanAll( scanFn fn, void* curStackTop = null );
123
124         void onOutOfMemoryError();
125     }
126 }
127
128
129 enum
130 {
131     PAGESIZE =    4096,
132     POOLSIZE =   (4096*256),
133 }
134
135
136 enum
137 {
138     B_16,
139     B_32,
140     B_64,
141     B_128,
142     B_256,
143     B_512,
144     B_1024,
145     B_2048,
146     B_PAGE,             // start of large alloc
147     B_PAGEPLUS,         // continuation of large alloc
148     B_FREE,             // free page
149     B_MAX
150 }
151
152
153 alias ubyte Bins;
154
155
156 struct List
157 {
158     List *next;
159 }
160
161
162 struct Range
163 {
164     void *pbot;
165     void *ptop;
166     int opCmp(in Range other)
167     {
168         if (pbot < other.pbot)
169             return -1;
170         else
171         return cast(int)(pbot > other.pbot);
172     }
173 }
174
175
176 const uint binsize[B_MAX] = [ 16,32,64,128,256,512,1024,2048,4096 ];
177 const uint notbinsize[B_MAX] = [ ~(16u-1),~(32u-1),~(64u-1),~(128u-1),~(256u-1),
178                                 ~(512u-1),~(1024u-1),~(2048u-1),~(4096u-1) ];
179
180
181 /* ============================ GC =============================== */
182
183
184 class GCLock {} // just a dummy so we can get a global lock
185
186
187 struct GC
188 {
189     // global lock
190     ClassInfo lock;
191
192     void* p_cache;
193     size_t size_cache;
194
195     // !=0 means don't scan stack
196     uint no_stack;
197     bool any_changes;
198     void* stack_bottom;
199     uint inited;
200     /// Turn off collections if > 0
201     int disabled;
202
203     /// min(pool.baseAddr)
204     byte *min_addr;
205     /// max(pool.topAddr)
206     byte *max_addr;
207
208     /// Free list for each size
209     List*[B_MAX] free_list;
210
211     dynarray.DynArray!(void*) roots;
212     dynarray.DynArray!(Range) ranges;
213     dynarray.DynArray!(Pool) pools;
214
215     Stats stats;
216 }
217
218 // call locked if necessary
219 private T locked(T, alias Code)()
220 {
221     if (thread_needLock())
222         synchronized (gc.lock) return Code();
223     else
224        return Code();
225 }
226
227 private GC* gc;
228
229 bool Invariant()
230 {
231     assert (gc !is null);
232     if (gc.inited) {
233         for (size_t i = 0; i < gc.pools.length; i++) {
234             Pool* pool = gc.pools[i];
235             pool.Invariant();
236             if (i == 0)
237                 assert(gc.min_addr == pool.baseAddr);
238             if (i + 1 < gc.pools.length)
239                 assert(*pool < gc.pools[i + 1]);
240             else if (i + 1 == gc.pools.length)
241                 assert(gc.max_addr == pool.topAddr);
242         }
243
244         gc.roots.Invariant();
245         gc.ranges.Invariant();
246
247         for (size_t i = 0; i < gc.ranges.length; i++) {
248             assert(gc.ranges[i].pbot);
249             assert(gc.ranges[i].ptop);
250             assert(gc.ranges[i].pbot <= gc.ranges[i].ptop);
251         }
252
253         for (size_t i = 0; i < B_PAGE; i++)
254             for (List *list = gc.free_list[i]; list; list = list.next)
255             {
256             }
257     }
258     return true;
259 }
260
261
262 /**
263  * Find Pool that pointer is in.
264  * Return null if not in a Pool.
265  * Assume pools is sorted.
266  */
267 Pool* findPool(void* p)
268 {
269     if (p < gc.min_addr || p >= gc.max_addr)
270         return null;
271     if (gc.pools.length == 0)
272         return null;
273     if (gc.pools.length == 1)
274         return gc.pools[0];
275     /// The pooltable[] is sorted by address, so do a binary search
276     size_t low = 0;
277     size_t high = gc.pools.length - 1;
278     while (low <= high) {
279         size_t mid = (low + high) / 2;
280         auto pool = gc.pools[mid];
281         if (p < pool.baseAddr)
282             high = mid - 1;
283         else if (p >= pool.topAddr)
284             low = mid + 1;
285         else
286             return pool;
287     }
288     // Not found
289     return null;
290 }
291
292
293 /**
294  * Determine the base address of the block containing p.  If p is not a gc
295  * allocated pointer, return null.
296  */
297 BlkInfo getInfo(void* p)
298 {
299     assert (p !is null);
300     Pool* pool = findPool(p);
301     if (pool is null)
302         return BlkInfo.init;
303     BlkInfo info;
304     info.base = pool.findBase(p);
305     info.size = pool.findSize(info.base);
306     info.attr = getAttr(pool, cast(size_t)(info.base - pool.baseAddr) / 16u);
307     if (has_pointermap(info.attr)) {
308         info.size -= size_t.sizeof; // PointerMap bitmask
309         // Points to the PointerMap bitmask pointer, not user data
310         if (p >= (info.base + info.size)) {
311             return BlkInfo.init;
312         }
313     }
314     if (opts.options.sentinel) {
315         info.base = sentinel_add(info.base);
316         // points to sentinel data, not user data
317         if (p < info.base || p >= sentinel_post(info.base))
318             return BlkInfo.init;
319         info.size -= SENTINEL_EXTRA;
320     }
321     return info;
322 }
323
324
325 /**
326  * Compute bin for size.
327  */
328 Bins findBin(size_t size)
329 {
330     Bins bin;
331     if (size <= 256)
332     {
333         if (size <= 64)
334         {
335             if (size <= 16)
336                 bin = B_16;
337             else if (size <= 32)
338                 bin = B_32;
339             else
340                 bin = B_64;
341         }
342         else
343         {
344             if (size <= 128)
345                 bin = B_128;
346             else
347                 bin = B_256;
348         }
349     }
350     else
351     {
352         if (size <= 1024)
353         {
354             if (size <= 512)
355                 bin = B_512;
356             else
357                 bin = B_1024;
358         }
359         else
360         {
361             if (size <= 2048)
362                 bin = B_2048;
363             else
364                 bin = B_PAGE;
365         }
366     }
367     return bin;
368 }
369
370
371 /**
372  * Allocate a new pool of at least size bytes.
373  * Sort it into pools.
374  * Mark all memory in the pool as B_FREE.
375  * Return the actual number of bytes reserved or 0 on error.
376  */
377 size_t reserve(size_t size)
378 {
379     assert(size != 0);
380     size_t npages = (size + PAGESIZE - 1) / PAGESIZE;
381     Pool*  pool = newPool(npages);
382
383     if (!pool)
384         return 0;
385     return pool.npages * PAGESIZE;
386 }
387
388
389 /**
390  * Minimizes physical memory usage by returning free pools to the OS.
391  */
392 void minimize()
393 {
394     size_t n;
395     size_t pn;
396     Pool*  pool;
397
398     for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
399     {
400         pool = gc.pools[n];
401         for (pn = 0; pn < pool.npages; pn++)
402         {
403             if (cast(Bins)pool.pagetable[pn] != B_FREE)
404                 break;
405         }
406         if (pn < pool.npages)
407             continue;
408         pool.Dtor();
409         gc.pools.remove_at(n);
410         n--;
411     }
412     gc.min_addr = gc.pools[0].baseAddr;
413     gc.max_addr = gc.pools[gc.pools.length - 1].topAddr;
414 }
415
416
417 /**
418  * Allocate a chunk of memory that is larger than a page.
419  * Return null if out of memory.
420  */
421 void *bigAlloc(size_t size)
422 {
423     Pool*  pool;
424     size_t npages;
425     size_t n;
426     size_t pn;
427     size_t freedpages;
428     void*  p;
429     int    state;
430
431     npages = (size + PAGESIZE - 1) / PAGESIZE;
432
433     for (state = 0; ; )
434     {
435         // This code could use some refinement when repeatedly
436         // allocating very large arrays.
437
438         for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
439         {
440             pool = gc.pools[n];
441             pn = pool.allocPages(npages);
442             if (pn != OPFAIL)
443                 goto L1;
444         }
445
446         // Failed
447         switch (state)
448         {
449         case 0:
450             if (gc.disabled)
451             {
452                 state = 1;
453                 continue;
454             }
455             // Try collecting
456             freedpages = fullcollectshell();
457             if (freedpages >= gc.pools.length * ((POOLSIZE / PAGESIZE) / 4))
458             {
459                 state = 1;
460                 continue;
461             }
462             // Release empty pools to prevent bloat
463             minimize();
464             // Allocate new pool
465             pool = newPool(npages);
466             if (!pool)
467             {
468                 state = 2;
469                 continue;
470             }
471             pn = pool.allocPages(npages);
472             assert(pn != OPFAIL);
473             goto L1;
474         case 1:
475             // Release empty pools to prevent bloat
476             minimize();
477             // Allocate new pool
478             pool = newPool(npages);
479             if (!pool)
480                 goto Lnomemory;
481             pn = pool.allocPages(npages);
482             assert(pn != OPFAIL);
483             goto L1;
484         case 2:
485             goto Lnomemory;
486         default:
487             assert(false);
488         }
489     }
490
491   L1:
492     pool.pagetable[pn] = B_PAGE;
493     if (npages > 1)
494         memset(&pool.pagetable[pn + 1], B_PAGEPLUS, npages - 1);
495     p = pool.baseAddr + pn * PAGESIZE;
496     memset(cast(char *)p + size, 0, npages * PAGESIZE - size);
497     if (opts.options.mem_stomp)
498         memset(p, 0xF1, size);
499     return p;
500
501   Lnomemory:
502     return null; // let mallocNoSync handle the error
503 }
504
505
506 /**
507  * Allocate a new pool with at least npages in it.
508  * Sort it into pools.
509  * Return null if failed.
510  */
511 Pool *newPool(size_t npages)
512 {
513     // Minimum of POOLSIZE
514     if (npages < POOLSIZE/PAGESIZE)
515         npages = POOLSIZE/PAGESIZE;
516     else if (npages > POOLSIZE/PAGESIZE)
517     {
518         // Give us 150% of requested size, so there's room to extend
519         auto n = npages + (npages >> 1);
520         if (n < size_t.max/PAGESIZE)
521             npages = n;
522     }
523
524     // Allocate successively larger pools up to 8 megs
525     if (gc.pools.length)
526     {
527         size_t n = gc.pools.length;
528         if (n > 8)
529             n = 8;                  // cap pool size at 8 megs
530         n *= (POOLSIZE / PAGESIZE);
531         if (npages < n)
532             npages = n;
533     }
534
535     Pool p;
536     p.initialize(npages);
537     if (!p.baseAddr)
538     {
539         p.Dtor();
540         return null;
541     }
542
543     Pool* pool = gc.pools.insert_sorted(p);
544     if (pool)
545     {
546         gc.min_addr = gc.pools[0].baseAddr;
547         gc.max_addr = gc.pools[gc.pools.length - 1].topAddr;
548     }
549     return pool;
550 }
551
552
553 /**
554  * Allocate a page of bin's.
555  * Returns:
556  *  0       failed
557  */
558 int allocPage(Bins bin)
559 {
560     Pool*  pool;
561     size_t n;
562     size_t pn;
563     byte*  p;
564     byte*  ptop;
565
566     for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
567     {
568         pool = gc.pools[n];
569         pn = pool.allocPages(1);
570         if (pn != OPFAIL)
571             goto L1;
572     }
573     return 0;               // failed
574
575   L1:
576     pool.pagetable[pn] = cast(ubyte)bin;
577
578     // Convert page to free list
579     size_t size = binsize[bin];
580     List **b = &gc.free_list[bin];
581
582     p = pool.baseAddr + pn * PAGESIZE;
583     ptop = p + PAGESIZE;
584     for (; p < ptop; p += size)
585     {
586         (cast(List *)p).next = *b;
587         *b = cast(List *)p;
588     }
589     return 1;
590 }
591
592
593 /**
594  * Marks a range of memory using the conservative bit mask.  Used for
595  * the stack, for the data segment, and additional memory ranges.
596  */
597 void mark_conservative(void* pbot, void* ptop)
598 {
599     mark(pbot, ptop, PointerMap.init.bits.ptr);
600 }
601
602
603 /**
604  * Search a range of memory values and mark any pointers into the GC pool.
605  */
606 void mark(void *pbot, void *ptop, size_t* pm_bitmask)
607 {
608     // TODO: make our own assert because assert uses the GC
609     assert (pbot <= ptop);
610
611     const BITS_PER_WORD = size_t.sizeof * 8;
612
613     void **p1 = cast(void **)pbot;
614     void **p2 = cast(void **)ptop;
615     size_t pcache = 0;
616     uint changes = 0;
617
618     size_t type_size = pm_bitmask[0];
619     size_t* pm_bits = pm_bitmask + 1;
620     bool has_type_info = type_size != 1 || pm_bits[0] != 1 || pm_bits[1] != 0;
621
622     //printf("marking range: %p -> %p\n", pbot, ptop);
623     for (; p1 + type_size <= p2; p1 += type_size) {
624         for (size_t n = 0; n < type_size; n++) {
625             // scan bit set for this word
626             if (has_type_info &&
627                     !(pm_bits[n / BITS_PER_WORD] & (1 << (n % BITS_PER_WORD))))
628                 continue;
629
630             void* p = *(p1 + n);
631
632             if (p < gc.min_addr || p >= gc.max_addr)
633                 continue;
634
635             if ((cast(size_t)p & ~(PAGESIZE-1)) == pcache)
636                 continue;
637
638             Pool* pool = findPool(p);
639             if (pool)
640             {
641                 size_t offset = cast(size_t)(p - pool.baseAddr);
642                 size_t bit_i;
643                 size_t pn = offset / PAGESIZE;
644                 Bins   bin = cast(Bins)pool.pagetable[pn];
645
646                 // Adjust bit to be at start of allocated memory block
647                 if (bin <= B_PAGE)
648                     bit_i = (offset & notbinsize[bin]) >> 4;
649                 else if (bin == B_PAGEPLUS)
650                 {
651                     do
652                     {
653                         --pn;
654                     }
655                     while (cast(Bins)pool.pagetable[pn] == B_PAGEPLUS);
656                     bit_i = pn * (PAGESIZE / 16);
657                 }
658                 else
659                 {
660                     // Don't mark bits in B_FREE pages
661                     continue;
662                 }
663
664                 if (bin >= B_PAGE) // Cache B_PAGE and B_PAGEPLUS lookups
665                     pcache = cast(size_t)p & ~(PAGESIZE-1);
666
667                 if (!pool.mark.test(bit_i))
668                 {
669                     pool.mark.set(bit_i);
670                     if (!pool.noscan.test(bit_i))
671                     {
672                         pool.scan.set(bit_i);
673                         changes = 1;
674                     }
675                 }
676             }
677         }
678     }
679     if (changes)
680         gc.any_changes = true;
681 }
682
683 /**
684  * Return number of full pages free'd.
685  */
686 size_t fullcollectshell()
687 {
688     gc.stats.collection_started();
689     scope (exit)
690         gc.stats.collection_finished();
691
692     // The purpose of the 'shell' is to ensure all the registers
693     // get put on the stack so they'll be scanned
694     void *sp;
695     size_t result;
696     version (GNU)
697     {
698         gcc.builtins.__builtin_unwind_init();
699         sp = & sp;
700     }
701     else version(LDC)
702     {
703         version(X86)
704         {
705             uint eax,ecx,edx,ebx,ebp,esi,edi;
706             asm
707             {
708                 mov eax[EBP], EAX      ;
709                 mov ecx[EBP], ECX      ;
710                 mov edx[EBP], EDX      ;
711                 mov ebx[EBP], EBX      ;
712                 mov ebp[EBP], EBP      ;
713                 mov esi[EBP], ESI      ;
714                 mov edi[EBP], EDI      ;
715                 mov  sp[EBP], ESP      ;
716             }
717         }
718         else version (X86_64)
719         {
720             ulong rax,rbx,rcx,rdx,rbp,rsi,rdi,r8,r9,r10,r11,r12,r13,r14,r15;
721             asm
722             {
723                 movq rax[RBP], RAX      ;
724                 movq rbx[RBP], RBX      ;
725                 movq rcx[RBP], RCX      ;
726                 movq rdx[RBP], RDX      ;
727                 movq rbp[RBP], RBP      ;
728                 movq rsi[RBP], RSI      ;
729                 movq rdi[RBP], RDI      ;
730                 movq r8 [RBP], R8       ;
731                 movq r9 [RBP], R9       ;
732                 movq r10[RBP], R10      ;
733                 movq r11[RBP], R11      ;
734                 movq r12[RBP], R12      ;
735                 movq r13[RBP], R13      ;
736                 movq r14[RBP], R14      ;
737                 movq r15[RBP], R15      ;
738                 movq  sp[RBP], RSP      ;
739             }
740         }
741         else
742         {
743             static assert( false, "Architecture not supported." );
744         }
745     }
746     else
747     {
748     asm
749     {
750         pushad              ;
751         mov sp[EBP],ESP     ;
752     }
753     }
754     result = fullcollect(sp);
755     version (GNU)
756     {
757         // nothing to do
758     }
759     else version(LDC)
760     {
761         // nothing to do
762     }
763     else
764     {
765     asm
766     {
767         popad               ;
768     }
769     }
770     return result;
771 }
772
773
774 /**
775  *
776  */
777 size_t fullcollect(void *stackTop)
778 {
779     size_t n;
780     Pool*  pool;
781
782     debug(COLLECT_PRINTF) printf("Gcx.fullcollect()\n");
783
784     thread_suspendAll();
785     gc.stats.world_stopped();
786
787     gc.p_cache = null;
788     gc.size_cache = 0;
789
790     gc.any_changes = false;
791     for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
792     {
793         pool = gc.pools[n];
794         pool.mark.zero();
795         pool.scan.zero();
796         pool.freebits.zero();
797     }
798
799     // Mark each free entry, so it doesn't get scanned
800     for (n = 0; n < B_PAGE; n++)
801     {
802         for (List *list = gc.free_list[n]; list; list = list.next)
803         {
804             pool = findPool(list);
805             assert(pool);
806             pool.freebits.set(cast(size_t)(cast(byte*)list - pool.baseAddr) / 16);
807         }
808     }
809
810     for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
811     {
812         pool = gc.pools[n];
813         pool.mark.copy(&pool.freebits);
814     }
815
816     void mark_conservative_dg(void* pbot, void* ptop)
817     {
818         mark_conservative(pbot, ptop);
819     }
820
821     rt_scanStaticData(&mark_conservative_dg);
822
823     if (!gc.no_stack)
824     {
825         // Scan stacks and registers for each paused thread
826         thread_scanAll(&mark_conservative_dg, stackTop);
827     }
828
829     // Scan roots
830     debug(COLLECT_PRINTF) printf("scan roots[]\n");
831     mark_conservative(gc.roots.ptr, gc.roots.ptr + gc.roots.length);
832
833     // Scan ranges
834     debug(COLLECT_PRINTF) printf("scan ranges[]\n");
835     for (n = 0; n < gc.ranges.length; n++)
836     {
837         debug(COLLECT_PRINTF) printf("\t%x .. %x\n", gc.ranges[n].pbot, gc.ranges[n].ptop);
838         mark_conservative(gc.ranges[n].pbot, gc.ranges[n].ptop);
839     }
840
841     debug(COLLECT_PRINTF) printf("\tscan heap\n");
842     while (gc.any_changes)
843     {
844         gc.any_changes = false;
845         for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
846         {
847             uint *bbase;
848             uint *b;
849             uint *btop;
850
851             pool = gc.pools[n];
852
853             bbase = pool.scan.base();
854             btop = bbase + pool.scan.nwords;
855             for (b = bbase; b < btop;)
856             {
857                 Bins   bin;
858                 size_t pn;
859                 size_t u;
860                 size_t bitm;
861                 byte*  o;
862
863                 bitm = *b;
864                 if (!bitm)
865                 {
866                     b++;
867                     continue;
868                 }
869                 *b = 0;
870
871                 o = pool.baseAddr + (b - bbase) * 32 * 16;
872                 if (!(bitm & 0xFFFF))
873                 {
874                     bitm >>= 16;
875                     o += 16 * 16;
876                 }
877                 for (; bitm; o += 16, bitm >>= 1)
878                 {
879                     if (!(bitm & 1))
880                         continue;
881
882                     pn = cast(size_t)(o - pool.baseAddr) / PAGESIZE;
883                     bin = cast(Bins)pool.pagetable[pn];
884                     if (bin < B_PAGE) {
885                         if (opts.options.conservative)
886                             mark_conservative(o, o + binsize[bin]);
887                         else {
888                             auto end_of_blk = cast(size_t**)(o +
889                                     binsize[bin] - size_t.sizeof);
890                             size_t* pm_bitmask = *end_of_blk;
891                             mark(o, end_of_blk, pm_bitmask);
892                         }
893                     }
894                     else if (bin == B_PAGE || bin == B_PAGEPLUS)
895                     {
896                         if (bin == B_PAGEPLUS)
897                         {
898                             while (pool.pagetable[pn - 1] != B_PAGE)
899                                 pn--;
900                         }
901                         u = 1;
902                         while (pn + u < pool.npages &&
903                                 pool.pagetable[pn + u] == B_PAGEPLUS)
904                             u++;
905
906                         size_t blk_size = u * PAGESIZE;
907                         if (opts.options.conservative)
908                             mark_conservative(o, o + blk_size);
909                         else {
910                             auto end_of_blk = cast(size_t**)(o + blk_size -
911                                     size_t.sizeof);
912                             size_t* pm_bitmask = *end_of_blk;
913                             mark(o, end_of_blk, pm_bitmask);
914                         }
915                     }
916                 }
917             }
918         }
919     }
920
921     thread_resumeAll();
922     gc.stats.world_started();
923
924     // Free up everything not marked
925     debug(COLLECT_PRINTF) printf("\tfree'ing\n");
926     size_t freedpages = 0;
927     size_t freed = 0;
928     for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
929     {
930         pool = gc.pools[n];
931         pool.clear_cache();
932         uint*  bbase = pool.mark.base();
933         size_t pn;
934         for (pn = 0; pn < pool.npages; pn++, bbase += PAGESIZE / (32 * 16))
935         {
936             Bins bin = cast(Bins)pool.pagetable[pn];
937
938             if (bin < B_PAGE)
939             {
940                 auto size = binsize[bin];
941                 byte* p = pool.baseAddr + pn * PAGESIZE;
942                 byte* ptop = p + PAGESIZE;
943                 size_t bit_i = pn * (PAGESIZE/16);
944                 size_t bit_stride = size / 16;
945
946 version(none) // BUG: doesn't work because freebits() must also be cleared
947 {
948                 // If free'd entire page
949                 if (bbase[0] == 0 && bbase[1] == 0 && bbase[2] == 0 &&
950                         bbase[3] == 0 && bbase[4] == 0 && bbase[5] == 0 &&
951                         bbase[6] == 0 && bbase[7] == 0)
952                 {
953                     for (; p < ptop; p += size, bit_i += bit_stride)
954                     {
955                         if (pool.finals.nbits && pool.finals.testClear(bit_i)) {
956                             if (opts.options.sentinel)
957                                 rt_finalize(cast(List *)sentinel_add(p), false/*gc.no_stack > 0*/);
958                             else
959                                 rt_finalize(cast(List *)p, false/*gc.no_stack > 0*/);
960                         }
961                         clrAttr(pool, bit_i, BlkAttr.ALL_BITS);
962
963                         List *list = cast(List *)p;
964
965                         if (opts.options.mem_stomp)
966                             memset(p, 0xF3, size);
967                     }
968                     pool.pagetable[pn] = B_FREE;
969                     freed += PAGESIZE;
970                     continue;
971                 }
972 }
973                 for (; p < ptop; p += size, bit_i += bit_stride)
974                 {
975                     if (!pool.mark.test(bit_i))
976                     {
977                         if (opts.options.sentinel)
978                             sentinel_Invariant(sentinel_add(p));
979
980                         pool.freebits.set(bit_i);
981                         if (pool.finals.nbits && pool.finals.testClear(bit_i)) {
982                             if (opts.options.sentinel)
983                                 rt_finalize(cast(List *)sentinel_add(p), false/*gc.no_stack > 0*/);
984                             else
985                                 rt_finalize(cast(List *)p, false/*gc.no_stack > 0*/);
986                         }
987                         clrAttr(pool, bit_i, BlkAttr.ALL_BITS);
988
989                         List *list = cast(List *)p;
990
991                         if (opts.options.mem_stomp)
992                             memset(p, 0xF3, size);
993
994                         freed += size;
995                     }
996                 }
997             }
998             else if (bin == B_PAGE)
999             {
1000                 size_t bit_i = pn * (PAGESIZE / 16);
1001                 if (!pool.mark.test(bit_i))
1002                 {
1003                     byte *p = pool.baseAddr + pn * PAGESIZE;
1004                     if (opts.options.sentinel)
1005                         sentinel_Invariant(sentinel_add(p));
1006                     if (pool.finals.nbits && pool.finals.testClear(bit_i)) {
1007                         if (opts.options.sentinel)
1008                             rt_finalize(sentinel_add(p), false/*gc.no_stack > 0*/);
1009                         else
1010                             rt_finalize(p, false/*gc.no_stack > 0*/);
1011                     }
1012                     clrAttr(pool, bit_i, BlkAttr.ALL_BITS);
1013
1014                     debug(COLLECT_PRINTF) printf("\tcollecting big %x\n", p);
1015                     pool.pagetable[pn] = B_FREE;
1016                     freedpages++;
1017                     if (opts.options.mem_stomp)
1018                         memset(p, 0xF3, PAGESIZE);
1019                     while (pn + 1 < pool.npages && pool.pagetable[pn + 1] == B_PAGEPLUS)
1020                     {
1021                         pn++;
1022                         pool.pagetable[pn] = B_FREE;
1023                         freedpages++;
1024
1025                         if (opts.options.mem_stomp)
1026                         {
1027                             p += PAGESIZE;
1028                             memset(p, 0xF3, PAGESIZE);
1029                         }
1030                     }
1031                 }
1032             }
1033         }
1034     }
1035
1036     // Zero buckets
1037     gc.free_list[] = null;
1038
1039     // Free complete pages, rebuild free list
1040     debug(COLLECT_PRINTF) printf("\tfree complete pages\n");
1041     size_t recoveredpages = 0;
1042     for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
1043     {
1044         pool = gc.pools[n];
1045         for (size_t pn = 0; pn < pool.npages; pn++)
1046         {
1047             Bins   bin = cast(Bins)pool.pagetable[pn];
1048             size_t bit_i;
1049             size_t u;
1050
1051             if (bin < B_PAGE)
1052             {
1053                 size_t size = binsize[bin];
1054                 size_t bit_stride = size / 16;
1055                 size_t bit_base = pn * (PAGESIZE / 16);
1056                 size_t bit_top = bit_base + (PAGESIZE / 16);
1057                 byte*  p;
1058
1059                 bit_i = bit_base;
1060                 for (; bit_i < bit_top; bit_i += bit_stride)
1061                 {
1062                     if (!pool.freebits.test(bit_i))
1063                         goto Lnotfree;
1064                 }
1065                 pool.pagetable[pn] = B_FREE;
1066                 recoveredpages++;
1067                 continue;
1068
1069              Lnotfree:
1070                 p = pool.baseAddr + pn * PAGESIZE;
1071                 for (u = 0; u < PAGESIZE; u += size)
1072                 {
1073                     bit_i = bit_base + u / 16;
1074                     if (pool.freebits.test(bit_i))
1075                     {
1076                         List *list = cast(List *)(p + u);
1077                         // avoid unnecessary writes
1078                         if (list.next != gc.free_list[bin])
1079                             list.next = gc.free_list[bin];
1080                         gc.free_list[bin] = list;
1081                     }
1082                 }
1083             }
1084         }
1085     }
1086
1087     debug(COLLECT_PRINTF) printf("recovered pages = %d\n", recoveredpages);
1088     debug(COLLECT_PRINTF) printf("\tfree'd %u bytes, %u pages from %u pools\n", freed, freedpages, gc.pools.length);
1089
1090     return freedpages + recoveredpages;
1091 }
1092
1093
1094 /**
1095  *
1096  */
1097 uint getAttr(Pool* pool, size_t bit_i)
1098 in
1099 {
1100     assert( pool );
1101 }
1102 body
1103 {
1104     uint attrs;
1105
1106     if (pool.finals.nbits &&
1107         pool.finals.test(bit_i))
1108         attrs |= BlkAttr.FINALIZE;
1109     if (pool.noscan.test(bit_i))
1110         attrs |= BlkAttr.NO_SCAN;
1111 //        if (pool.nomove.nbits &&
1112 //            pool.nomove.test(bit_i))
1113 //            attrs |= BlkAttr.NO_MOVE;
1114     return attrs;
1115 }
1116
1117
1118 /**
1119  *
1120  */
1121 void setAttr(Pool* pool, size_t bit_i, uint mask)
1122 in
1123 {
1124     assert( pool );
1125 }
1126 body
1127 {
1128     if (mask & BlkAttr.FINALIZE)
1129     {
1130         if (!pool.finals.nbits)
1131             pool.finals.alloc(pool.mark.nbits);
1132         pool.finals.set(bit_i);
1133     }
1134     if (mask & BlkAttr.NO_SCAN)
1135     {
1136         pool.noscan.set(bit_i);
1137     }
1138 //        if (mask & BlkAttr.NO_MOVE)
1139 //        {
1140 //            if (!pool.nomove.nbits)
1141 //                pool.nomove.alloc(pool.mark.nbits);
1142 //            pool.nomove.set(bit_i);
1143 //        }
1144 }
1145
1146
1147 /**
1148  *
1149  */
1150 void clrAttr(Pool* pool, size_t bit_i, uint mask)
1151 in
1152 {
1153     assert( pool );
1154 }
1155 body
1156 {
1157     if (mask & BlkAttr.FINALIZE && pool.finals.nbits)
1158         pool.finals.clear(bit_i);
1159     if (mask & BlkAttr.NO_SCAN)
1160         pool.noscan.clear(bit_i);
1161 //        if (mask & BlkAttr.NO_MOVE && pool.nomove.nbits)
1162 //            pool.nomove.clear(bit_i);
1163 }
1164
1165
1166
1167 void initialize()
1168 {
1169     int dummy;
1170     gc.stack_bottom = cast(char*)&dummy;
1171     opts.parse(cstdlib.getenv("D_GC_OPTS"));
1172     gc.lock = GCLock.classinfo;
1173     gc.inited = 1;
1174     setStackBottom(rt_stackBottom());
1175     gc.stats = Stats(gc);
1176 }
1177
1178
1179 //
1180 //
1181 //
1182 private void *malloc(size_t size, uint attrs, size_t* pm_bitmask)
1183 {
1184     assert(size != 0);
1185
1186     gc.stats.malloc_started(size, attrs, pm_bitmask);
1187     scope (exit)
1188         gc.stats.malloc_finished(p);
1189
1190     void *p = null;
1191     Bins bin;
1192
1193     if (opts.options.sentinel)
1194         size += SENTINEL_EXTRA;
1195
1196     bool has_pm = has_pointermap(attrs);
1197     if (has_pm)
1198         size += size_t.sizeof;
1199
1200     // Compute size bin
1201     // Cache previous binsize lookup - Dave Fladebo.
1202     static size_t lastsize = -1;
1203     static Bins lastbin;
1204     if (size == lastsize)
1205         bin = lastbin;
1206     else
1207     {
1208         bin = findBin(size);
1209         lastsize = size;
1210         lastbin = bin;
1211     }
1212
1213     size_t capacity; // to figure out where to store the bitmask
1214     if (bin < B_PAGE)
1215     {
1216         p = gc.free_list[bin];
1217         if (p is null)
1218         {
1219             if (!allocPage(bin) && !gc.disabled)   // try to find a new page
1220             {
1221                 if (!thread_needLock())
1222                 {
1223                     /* Then we haven't locked it yet. Be sure
1224                      * and gc.lock for a collection, since a finalizer
1225                      * may start a new thread.
1226                      */
1227                     synchronized (gc.lock)
1228                     {
1229                         fullcollectshell();
1230                     }
1231                 }
1232                 else if (!fullcollectshell())       // collect to find a new page
1233                 {
1234                     //newPool(1);
1235                 }
1236             }
1237             if (!gc.free_list[bin] && !allocPage(bin))
1238             {
1239                 newPool(1);         // allocate new pool to find a new page
1240                 int result = allocPage(bin);
1241                 if (!result)
1242                     onOutOfMemoryError();
1243             }
1244             p = gc.free_list[bin];
1245         }
1246         capacity = binsize[bin];
1247
1248         // Return next item from free list
1249         gc.free_list[bin] = (cast(List*)p).next;
1250         if (!(attrs & BlkAttr.NO_SCAN))
1251             memset(p + size, 0, capacity - size);
1252         if (opts.options.mem_stomp)
1253             memset(p, 0xF0, size);
1254     }
1255     else
1256     {
1257         p = bigAlloc(size);
1258         if (!p)
1259             onOutOfMemoryError();
1260         // Round the size up to the number of pages needed to store it
1261         size_t npages = (size + PAGESIZE - 1) / PAGESIZE;
1262         capacity = npages * PAGESIZE;
1263     }
1264
1265     // Store the bit mask AFTER SENTINEL_POST
1266     // TODO: store it BEFORE, so the bitmask is protected too
1267     if (has_pm) {
1268         auto end_of_blk = cast(size_t**)(p + capacity - size_t.sizeof);
1269         *end_of_blk = pm_bitmask;
1270         size -= size_t.sizeof;
1271     }
1272
1273     if (opts.options.sentinel) {
1274         size -= SENTINEL_EXTRA;
1275         p = sentinel_add(p);
1276         sentinel_init(p, size);
1277     }
1278
1279     if (attrs)
1280     {
1281         Pool *pool = findPool(p);
1282         assert(pool);
1283
1284         setAttr(pool, cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16, attrs);
1285     }
1286     return p;
1287 }
1288
1289
1290 //
1291 //
1292 //
1293 private void *calloc(size_t size, uint attrs, size_t* pm_bitmask)
1294 {
1295     assert(size != 0);
1296
1297     void *p = malloc(size, attrs, pm_bitmask);
1298     memset(p, 0, size);
1299     return p;
1300 }
1301
1302
1303 //
1304 //
1305 //
1306 private void *realloc(void *p, size_t size, uint attrs,
1307         size_t* pm_bitmask)
1308 {
1309     if (!size)
1310     {
1311         if (p)
1312         {
1313             free(p);
1314             p = null;
1315         }
1316     }
1317     else if (!p)
1318     {
1319         p = malloc(size, attrs, pm_bitmask);
1320     }
1321     else
1322     {
1323         Pool* pool = findPool(p);
1324         if (pool is null)
1325             return null;
1326
1327         // Set or retrieve attributes as appropriate
1328         auto bit_i = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16;
1329         if (attrs) {
1330             clrAttr(pool, bit_i, BlkAttr.ALL_BITS);
1331             setAttr(pool, bit_i, attrs);
1332         }
1333         else
1334             attrs = getAttr(pool, bit_i);
1335
1336         void* blk_base_addr = pool.findBase(p);
1337         size_t blk_size = pool.findSize(p);
1338         bool has_pm = has_pointermap(attrs);
1339         size_t pm_bitmask_size = 0;
1340         if (has_pm) {
1341             pm_bitmask_size = size_t.sizeof;
1342             // Retrieve pointer map bit mask if appropriate
1343             if (pm_bitmask is null) {
1344                 auto end_of_blk = cast(size_t**)(blk_base_addr +
1345                         blk_size - size_t.sizeof);
1346                 pm_bitmask = *end_of_blk;
1347             }
1348         }
1349
1350         if (opts.options.sentinel)
1351         {
1352             sentinel_Invariant(p);
1353             size_t sentinel_stored_size = *sentinel_size(p);
1354             if (sentinel_stored_size != size)
1355             {
1356                 void* p2 = malloc(size, attrs, pm_bitmask);
1357                 if (sentinel_stored_size < size)
1358                     size = sentinel_stored_size;
1359                 cstring.memcpy(p2, p, size);
1360                 p = p2;
1361             }
1362         }
1363         else
1364         {
1365             size += pm_bitmask_size;
1366             if (blk_size >= PAGESIZE && size >= PAGESIZE)
1367             {
1368                 auto psz = blk_size / PAGESIZE;
1369                 auto newsz = (size + PAGESIZE - 1) / PAGESIZE;
1370                 if (newsz == psz)
1371                     return p;
1372
1373                 auto pagenum = (p - pool.baseAddr) / PAGESIZE;
1374
1375                 if (newsz < psz)
1376                 {
1377                     // Shrink in place
1378                     if (opts.options.mem_stomp)
1379                         memset(p + size - pm_bitmask_size, 0xF2,
1380                                 blk_size - size - pm_bitmask_size);
1381                     pool.freePages(pagenum + newsz, psz - newsz);
1382                     if (has_pm) {
1383                         auto end_of_blk = cast(size_t**)(
1384                                 blk_base_addr + (PAGESIZE * newsz) -
1385                                 pm_bitmask_size);
1386                         *end_of_blk = pm_bitmask;
1387                     }
1388                     return p;
1389                 }
1390                 else if (pagenum + newsz <= pool.npages)
1391                 {
1392                     // Attempt to expand in place
1393                     for (size_t i = pagenum + psz; 1;)
1394                     {
1395                         if (i == pagenum + newsz)
1396                         {
1397                             if (opts.options.mem_stomp)
1398                                 memset(p + blk_size - pm_bitmask_size,
1399                                         0xF0, size - blk_size
1400                                         - pm_bitmask_size);
1401                             memset(pool.pagetable + pagenum +
1402                                     psz, B_PAGEPLUS, newsz - psz);
1403                             if (has_pm) {
1404                                 auto end_of_blk = cast(size_t**)(
1405                                         blk_base_addr +
1406                                         (PAGESIZE * newsz) -
1407                                         pm_bitmask_size);
1408                                 *end_of_blk = pm_bitmask;
1409                             }
1410                             return p;
1411                         }
1412                         if (i == pool.npages)
1413                         {
1414                             break;
1415                         }
1416                         if (pool.pagetable[i] != B_FREE)
1417                             break;
1418                         i++;
1419                     }
1420                 }
1421             }
1422             // if new size is bigger or less than half
1423             if (blk_size < size || blk_size > size * 2)
1424             {
1425                 size -= pm_bitmask_size;
1426                 blk_size -= pm_bitmask_size;
1427                 void* p2 = malloc(size, attrs, pm_bitmask);
1428                 if (blk_size < size)
1429                     size = blk_size;
1430                 cstring.memcpy(p2, p, size);
1431                 p = p2;
1432             }
1433         }
1434     }
1435     return p;
1436 }
1437
1438
1439 /**
1440  * Attempt to in-place enlarge the memory block pointed to by p by at least
1441  * min_size beyond its current capacity, up to a maximum of max_size.  This
1442  * does not attempt to move the memory block (like realloc() does).
1443  *
1444  * Returns:
1445  *  0 if could not extend p,
1446  *  total size of entire memory block if successful.
1447  */
1448 private size_t extend(void* p, size_t minsize, size_t maxsize)
1449 in
1450 {
1451     assert( minsize <= maxsize );
1452 }
1453 body
1454 {
1455     if (opts.options.sentinel)
1456         return 0;
1457
1458     Pool* pool = findPool(p);
1459     if (pool is null)
1460         return 0;
1461
1462     // Retrieve attributes
1463     auto bit_i = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16;
1464     uint attrs = getAttr(pool, bit_i);
1465
1466     void* blk_base_addr = pool.findBase(p);
1467     size_t blk_size = pool.findSize(p);
1468     bool has_pm = has_pointermap(attrs);
1469     size_t* pm_bitmask = null;
1470     size_t pm_bitmask_size = 0;
1471     if (has_pm) {
1472         pm_bitmask_size = size_t.sizeof;
1473         // Retrieve pointer map bit mask
1474         auto end_of_blk = cast(size_t**)(blk_base_addr +
1475                 blk_size - size_t.sizeof);
1476         pm_bitmask = *end_of_blk;
1477
1478         minsize += size_t.sizeof;
1479         maxsize += size_t.sizeof;
1480     }
1481
1482     if (blk_size < PAGESIZE)
1483         return 0; // cannot extend buckets
1484
1485     auto psz = blk_size / PAGESIZE;
1486     auto minsz = (minsize + PAGESIZE - 1) / PAGESIZE;
1487     auto maxsz = (maxsize + PAGESIZE - 1) / PAGESIZE;
1488
1489     auto pagenum = (p - pool.baseAddr) / PAGESIZE;
1490
1491     size_t sz;
1492     for (sz = 0; sz < maxsz; sz++)
1493     {
1494         auto i = pagenum + psz + sz;
1495         if (i == pool.npages)
1496             break;
1497         if (pool.pagetable[i] != B_FREE)
1498         {
1499             if (sz < minsz)
1500                 return 0;
1501             break;
1502         }
1503     }
1504     if (sz < minsz)
1505         return 0;
1506
1507     size_t new_size = (psz + sz) * PAGESIZE;
1508
1509     if (opts.options.mem_stomp)
1510         memset(p + blk_size - pm_bitmask_size, 0xF0,
1511                 new_size - blk_size - pm_bitmask_size);
1512     memset(pool.pagetable + pagenum + psz, B_PAGEPLUS, sz);
1513     gc.p_cache = null;
1514     gc.size_cache = 0;
1515
1516     if (has_pm) {
1517         new_size -= size_t.sizeof;
1518         auto end_of_blk = cast(size_t**)(blk_base_addr + new_size);
1519         *end_of_blk = pm_bitmask;
1520     }
1521     return new_size;
1522 }
1523
1524
1525 //
1526 //
1527 //
1528 private void free(void *p)
1529 {
1530     assert (p);
1531
1532     Pool*  pool;
1533     size_t pagenum;
1534     Bins   bin;
1535     size_t bit_i;
1536
1537     // Find which page it is in
1538     pool = findPool(p);
1539     if (!pool)                              // if not one of ours
1540         return;                             // ignore
1541     if (opts.options.sentinel) {
1542         sentinel_Invariant(p);
1543         p = sentinel_sub(p);
1544     }
1545     pagenum = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / PAGESIZE;
1546     bit_i = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16;
1547     clrAttr(pool, bit_i, BlkAttr.ALL_BITS);
1548
1549     bin = cast(Bins)pool.pagetable[pagenum];
1550     if (bin == B_PAGE)              // if large alloc
1551     {
1552         // Free pages
1553         size_t npages = 1;
1554         size_t n = pagenum;
1555         while (++n < pool.npages && pool.pagetable[n] == B_PAGEPLUS)
1556             npages++;
1557         if (opts.options.mem_stomp)
1558             memset(p, 0xF2, npages * PAGESIZE);
1559         pool.freePages(pagenum, npages);
1560     }
1561     else
1562     {
1563         // Add to free list
1564         List *list = cast(List*)p;
1565
1566         if (opts.options.mem_stomp)
1567             memset(p, 0xF2, binsize[bin]);
1568
1569         list.next = gc.free_list[bin];
1570         gc.free_list[bin] = list;
1571     }
1572 }
1573
1574
1575 /**
1576  * Determine the allocated size of pointer p.  If p is an interior pointer
1577  * or not a gc allocated pointer, return 0.
1578  */
1579 private size_t sizeOf(void *p)
1580 {
1581     assert (p);
1582
1583     if (opts.options.sentinel)
1584         p = sentinel_sub(p);
1585
1586     Pool* pool = findPool(p);
1587     if (pool is null)
1588         return 0;
1589
1590     auto biti = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16;
1591     uint attrs = getAttr(pool, biti);
1592
1593     size_t size = pool.findSize(p);
1594     size_t pm_bitmask_size = 0;
1595     if (has_pointermap(attrs))
1596         pm_bitmask_size = size_t.sizeof;
1597
1598     if (opts.options.sentinel) {
1599         // Check for interior pointer
1600         // This depends on:
1601         // 1) size is a power of 2 for less than PAGESIZE values
1602         // 2) base of memory pool is aligned on PAGESIZE boundary
1603         if (cast(size_t)p & (size - 1) & (PAGESIZE - 1))
1604             return 0;
1605         return size - SENTINEL_EXTRA - pm_bitmask_size;
1606     }
1607     else {
1608         if (p == gc.p_cache)
1609             return gc.size_cache;
1610
1611         // Check for interior pointer
1612         // This depends on:
1613         // 1) size is a power of 2 for less than PAGESIZE values
1614         // 2) base of memory pool is aligned on PAGESIZE boundary
1615         if (cast(size_t)p & (size - 1) & (PAGESIZE - 1))
1616             return 0;
1617
1618         gc.p_cache = p;
1619         gc.size_cache = size - pm_bitmask_size;
1620
1621         return gc.size_cache;
1622     }
1623 }
1624
1625
1626 /**
1627  * Verify that pointer p:
1628  *  1) belongs to this memory pool
1629  *  2) points to the start of an allocated piece of memory
1630  *  3) is not on a free list
1631  */
1632 private void checkNoSync(void *p)
1633 {
1634     assert(p);
1635
1636     if (opts.options.sentinel)
1637         sentinel_Invariant(p);
1638     debug (PTRCHECK)
1639     {
1640         Pool*  pool;
1641         size_t pagenum;
1642         Bins   bin;
1643         size_t size;
1644
1645         if (opts.options.sentinel)
1646             p = sentinel_sub(p);
1647         pool = findPool(p);
1648         assert(pool);
1649         pagenum = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / PAGESIZE;
1650         bin = cast(Bins)pool.pagetable[pagenum];
1651         assert(bin <= B_PAGE);
1652         size = binsize[bin];
1653         assert((cast(size_t)p & (size - 1)) == 0);
1654
1655         debug (PTRCHECK2)
1656         {
1657             if (bin < B_PAGE)
1658             {
1659                 // Check that p is not on a free list
1660                 List *list;
1661
1662                 for (list = gc.free_list[bin]; list; list = list.next)
1663                 {
1664                     assert(cast(void*)list != p);
1665                 }
1666             }
1667         }
1668     }
1669 }
1670
1671
1672 //
1673 //
1674 //
1675 private void setStackBottom(void *p)
1676 {
1677     version (STACKGROWSDOWN)
1678     {
1679         //p = (void *)((uint *)p + 4);
1680         if (p > gc.stack_bottom)
1681         {
1682             gc.stack_bottom = p;
1683         }
1684     }
1685     else
1686     {
1687         //p = (void *)((uint *)p - 4);
1688         if (p < gc.stack_bottom)
1689         {
1690             gc.stack_bottom = cast(char*)p;
1691         }
1692     }
1693 }
1694
1695
1696 /**
1697  * Retrieve statistics about garbage collection.
1698  * Useful for debugging and tuning.
1699  */
1700 private GCStats getStats()
1701 {
1702     GCStats stats;
1703     size_t psize = 0;
1704     size_t usize = 0;
1705     size_t flsize = 0;
1706
1707     size_t n;
1708     size_t bsize = 0;
1709
1710     for (n = 0; n < gc.pools.length; n++)
1711     {
1712         Pool* pool = gc.pools[n];
1713         psize += pool.npages * PAGESIZE;
1714         for (size_t j = 0; j < pool.npages; j++)
1715         {
1716             Bins bin = cast(Bins)pool.pagetable[j];
1717             if (bin == B_FREE)
1718                 stats.freeblocks++;
1719             else if (bin == B_PAGE)
1720                 stats.pageblocks++;
1721             else if (bin < B_PAGE)
1722                 bsize += PAGESIZE;
1723         }
1724     }
1725
1726     for (n = 0; n < B_PAGE; n++)
1727     {
1728         for (List *list = gc.free_list[n]; list; list = list.next)
1729             flsize += binsize[n];
1730     }
1731
1732     usize = bsize - flsize;
1733
1734     stats.poolsize = psize;
1735     stats.usedsize = bsize - flsize;
1736     stats.freelistsize = flsize;
1737     return stats;
1738 }
1739
1740 /******************* weak-reference support *********************/
1741
1742 private struct WeakPointer
1743 {
1744     Object reference;
1745
1746     void ondestroy(Object r)
1747     {
1748         assert(r is reference);
1749         // lock for memory consistency (parallel readers)
1750         // also ensures that weakpointerDestroy can be called while another
1751         // thread is freeing the reference with "delete"
1752         return locked!(void, () {
1753             reference = null;
1754         })();
1755     }
1756 }
1757
1758 /**
1759  * Create a weak pointer to the given object.
1760  * Returns a pointer to an opaque struct allocated in C memory.
1761  */
1762 void* weakpointerCreate( Object r )
1763 {
1764     if (r)
1765     {
1766         // must be allocated in C memory
1767         // 1. to hide the reference from the GC
1768         // 2. the GC doesn't scan delegates added by rt_attachDisposeEvent
1769         //    for references
1770         auto wp = cast(WeakPointer*)(cstdlib.malloc(WeakPointer.sizeof));
1771         if (!wp)
1772             onOutOfMemoryError();
1773         wp.reference = r;
1774         rt_attachDisposeEvent(r, &wp.ondestroy);
1775         return wp;
1776     }
1777     return null;
1778 }
1779
1780 /**
1781  * Destroy a weak pointer returned by weakpointerCreate().
1782  * If null is passed, nothing happens.
1783  */
1784 void weakpointerDestroy( void* p )
1785 {
1786     if (p)
1787     {
1788         auto wp = cast(WeakPointer*)p;
1789         // must be extra careful about the GC or parallel threads
1790         // finalizing the reference at the same time
1791         return locked!(void, () {
1792             if (wp.reference)
1793                 rt_detachDisposeEvent(wp.reference, &wp.ondestroy);
1794         })();
1795         cstdlib.free(wp);
1796     }
1797 }
1798
1799 /**
1800  * Query a weak pointer and return either the object passed to
1801  * weakpointerCreate, or null if it was free'd in the meantime.
1802  * If null is passed, null is returned.
1803  */
1804 Object weakpointerGet( void* p )
1805 {
1806     if (p)
1807     {
1808         // NOTE: could avoid the lock by using Fawzi style GC counters but
1809         // that'd require core.sync.Atomic and lots of care about memory
1810         // consistency it's an optional optimization see
1811         // http://dsource.org/projects/tango/browser/trunk/user/tango/core/Lifetime.d?rev=5100#L158
1812         return locked!(Object, () {
1813             return (cast(WeakPointer*)p).reference;
1814         })();
1815         }
1816 }
1817
1818
1819 /* ============================ Pool  =============================== */
1820
1821
1822 struct Pool
1823 {
1824     byte* baseAddr;
1825     byte* topAddr;
1826     GCBits mark;     // entries already scanned, or should not be scanned
1827     GCBits scan;     // entries that need to be scanned
1828     GCBits freebits; // entries that are on the free list
1829     GCBits finals;   // entries that need finalizer run on them
1830     GCBits noscan;   // entries that should not be scanned
1831
1832     size_t npages;
1833     ubyte* pagetable;
1834
1835     /// Cache for findSize()
1836     size_t cached_size;
1837     void* cached_ptr;
1838
1839     void clear_cache()
1840     {
1841         this.cached_ptr = null;
1842         this.cached_size = 0;
1843     }
1844
1845     void initialize(size_t npages)
1846     {
1847         size_t poolsize = npages * PAGESIZE;
1848         assert(poolsize >= POOLSIZE);
1849         baseAddr = cast(byte *) alloc.os_mem_map(poolsize);
1850
1851         // Some of the code depends on page alignment of memory pools
1852         assert((cast(size_t)baseAddr & (PAGESIZE - 1)) == 0);
1853
1854         if (!baseAddr)
1855         {
1856             npages = 0;
1857             poolsize = 0;
1858         }
1859         //assert(baseAddr);
1860         topAddr = baseAddr + poolsize;
1861
1862         mark.alloc(cast(size_t)poolsize / 16);
1863         scan.alloc(cast(size_t)poolsize / 16);
1864         freebits.alloc(cast(size_t)poolsize / 16);
1865         noscan.alloc(cast(size_t)poolsize / 16);
1866
1867         pagetable = cast(ubyte*) cstdlib.malloc(npages);
1868         if (!pagetable)
1869             onOutOfMemoryError();
1870         memset(pagetable, B_FREE, npages);
1871
1872         this.npages = npages;
1873     }
1874
1875
1876     void Dtor()
1877     {
1878         if (baseAddr)
1879         {
1880             int result;
1881
1882             if (npages)
1883             {
1884                 result = alloc.os_mem_unmap(baseAddr, npages * PAGESIZE);
1885                 assert(result);
1886                 npages = 0;
1887             }
1888
1889             baseAddr = null;
1890             topAddr = null;
1891         }
1892         // See Gcx.Dtor() for the rationale of the null check.
1893         if (pagetable)
1894             cstdlib.free(pagetable);
1895
1896         mark.Dtor();
1897         scan.Dtor();
1898         freebits.Dtor();
1899         finals.Dtor();
1900         noscan.Dtor();
1901     }
1902
1903
1904     bool Invariant()
1905     {
1906         return true;
1907     }
1908
1909
1910     invariant
1911     {
1912         //mark.Invariant();
1913         //scan.Invariant();
1914         //freebits.Invariant();
1915         //finals.Invariant();
1916         //noscan.Invariant();
1917
1918         if (baseAddr)
1919         {
1920             //if (baseAddr + npages * PAGESIZE != topAddr)
1921                 //printf("baseAddr = %p, npages = %d, topAddr = %p\n", baseAddr, npages, topAddr);
1922             assert(baseAddr + npages * PAGESIZE == topAddr);
1923         }
1924
1925         for (size_t i = 0; i < npages; i++)
1926         {
1927             Bins bin = cast(Bins)pagetable[i];
1928             assert(bin < B_MAX);
1929         }
1930     }
1931
1932
1933     /**
1934      * Allocate n pages from Pool.
1935      * Returns OPFAIL on failure.
1936      */
1937     size_t allocPages(size_t n)
1938     {
1939         size_t i;
1940         size_t n2;
1941
1942         n2 = n;
1943         for (i = 0; i < npages; i++)
1944         {
1945             if (pagetable[i] == B_FREE)
1946             {
1947                 if (--n2 == 0)
1948                     return i - n + 1;
1949             }
1950             else
1951                 n2 = n;
1952         }
1953         return OPFAIL;
1954     }
1955
1956
1957     /**
1958      * Free npages pages starting with pagenum.
1959      */
1960     void freePages(size_t pagenum, size_t npages)
1961     {
1962         memset(&pagetable[pagenum], B_FREE, npages);
1963     }
1964
1965
1966     /**
1967      * Find base address of block containing pointer p.
1968      * Returns null if the pointer doesn't belong to this pool
1969      */
1970     void* findBase(void *p)
1971     {
1972         size_t offset = cast(size_t)(p - this.baseAddr);
1973         size_t pagenum = offset / PAGESIZE;
1974         Bins bin = cast(Bins)this.pagetable[pagenum];
1975         // Adjust bit to be at start of allocated memory block
1976         if (bin <= B_PAGE)
1977             return this.baseAddr + (offset & notbinsize[bin]);
1978         if (bin == B_PAGEPLUS) {
1979             do {
1980                 --pagenum, offset -= PAGESIZE;
1981             } while (cast(Bins)this.pagetable[pagenum] == B_PAGEPLUS);
1982             return this.baseAddr + (offset & (offset.max ^ (PAGESIZE-1)));
1983         }
1984         // we are in a B_FREE page
1985         return null;
1986     }
1987
1988
1989     /**
1990      * Find size of pointer p.
1991      * Returns 0 if p doesn't belong to this pool if if it's block size is less
1992      * than a PAGE.
1993      */
1994     size_t findSize(void *p)
1995     {
1996         size_t pagenum = cast(size_t)(p - this.baseAddr) / PAGESIZE;
1997         Bins bin = cast(Bins)this.pagetable[pagenum];
1998         if (bin != B_PAGE)
1999             return binsize[bin];
2000         if (this.cached_ptr == p)
2001             return this.cached_size;
2002         size_t i = pagenum + 1;
2003         for (; i < this.npages; i++)
2004             if (this.pagetable[i] != B_PAGEPLUS)
2005                 break;
2006         this.cached_ptr = p;
2007         this.cached_size = (i - pagenum) * PAGESIZE;
2008         return this.cached_size;
2009     }
2010
2011
2012     /**
2013      * Used for sorting pools
2014      */
2015     int opCmp(in Pool other)
2016     {
2017         if (baseAddr < other.baseAddr)
2018             return -1;
2019         else
2020         return cast(int)(baseAddr > other.baseAddr);
2021     }
2022 }
2023
2024
2025 /* ============================ SENTINEL =============================== */
2026
2027
2028 const size_t SENTINEL_PRE = cast(size_t) 0xF4F4F4F4F4F4F4F4UL; // 32 or 64 bits
2029 const ubyte SENTINEL_POST = 0xF5;           // 8 bits
2030 const uint SENTINEL_EXTRA = 2 * size_t.sizeof + 1;
2031
2032
2033 size_t* sentinel_size(void *p)  { return &(cast(size_t *)p)[-2]; }
2034 size_t* sentinel_pre(void *p)   { return &(cast(size_t *)p)[-1]; }
2035 ubyte* sentinel_post(void *p) { return &(cast(ubyte *)p)[*sentinel_size(p)]; }
2036
2037
2038 void sentinel_init(void *p, size_t size)
2039 {
2040     *sentinel_size(p) = size;
2041     *sentinel_pre(p) = SENTINEL_PRE;
2042     *sentinel_post(p) = SENTINEL_POST;
2043 }
2044
2045
2046 void sentinel_Invariant(void *p)
2047 {
2048     assert(*sentinel_pre(p) == SENTINEL_PRE);
2049     assert(*sentinel_post(p) == SENTINEL_POST);
2050 }
2051
2052
2053 void *sentinel_add(void *p)
2054 {
2055     return p + 2 * size_t.sizeof;
2056 }
2057
2058
2059 void *sentinel_sub(void *p)
2060 {
2061     return p - 2 * size_t.sizeof;
2062 }
2063
2064
2065
2066 /* ============================ C Public Interface ======================== */
2067
2068
2069 private int _termCleanupLevel=1;
2070
2071 extern (C):
2072
2073 /// sets the cleanup level done by gc
2074 /// 0: none
2075 /// 1: fullCollect
2076 /// 2: fullCollect ignoring stack roots (might crash daemonThreads)
2077 /// result !=0 if the value was invalid
2078 int gc_setTermCleanupLevel(int cLevel)
2079 {
2080     if (cLevel<0 || cLevel>2) return cLevel;
2081     _termCleanupLevel=cLevel;
2082     return 0;
2083 }
2084
2085 /// returns the cleanup level done by gc
2086 int gc_getTermCleanupLevel()
2087 {
2088     return _termCleanupLevel;
2089 }
2090
2091 void gc_init()
2092 {
2093     scope (exit) assert (Invariant());
2094     gc = cast(GC*) cstdlib.calloc(1, GC.sizeof);
2095     *gc = GC.init;
2096     initialize();
2097     version (DigitalMars) version(OSX) {
2098         _d_osx_image_init();
2099     }
2100     // NOTE: The GC must initialize the thread library
2101     //       before its first collection.
2102     thread_init();
2103 }
2104
2105 void gc_term()
2106 {
2107     assert (Invariant());
2108     if (_termCleanupLevel<1) {
2109         // no cleanup
2110     } else if (_termCleanupLevel==2){
2111         // a more complete cleanup
2112         // NOTE: There may be daemons threads still running when this routine is
2113         //       called.  If so, cleaning memory out from under then is a good
2114         //       way to make them crash horribly.
2115         //       Often this probably doesn't matter much since the app is
2116         //       supposed to be shutting down anyway, but for example tests might
2117         //       crash (and be considerd failed even if the test was ok).
2118         //       thus this is not the default and should be enabled by
2119         //       I'm disabling cleanup for now until I can think about it some
2120         //       more.
2121         //
2122         // not really a 'collect all' -- still scans static data area, roots,
2123         // and ranges.
2124         return locked!(void, () {
2125             gc.no_stack++;
2126             fullcollectshell();
2127             gc.no_stack--;
2128         })();
2129     } else {
2130         // default (safe) clenup
2131         return locked!(void, () {
2132             fullcollectshell();
2133         })();
2134     }
2135 }
2136
2137 void gc_enable()
2138 {
2139     return locked!(void, () {
2140         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2141         assert (gc.disabled > 0);
2142         gc.disabled--;
2143     })();
2144 }
2145
2146 void gc_disable()
2147 {
2148     return locked!(void, () {
2149         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2150         gc.disabled++;
2151     })();
2152 }
2153
2154 void gc_collect()
2155 {
2156     return locked!(void, () {
2157         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2158         fullcollectshell();
2159     })();
2160 }
2161
2162
2163 void gc_minimize()
2164 {
2165     return locked!(void, () {
2166         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2167         minimize();
2168     })();
2169 }
2170
2171 uint gc_getAttr(void* p)
2172 {
2173     if (p is null)
2174         return 0;
2175     return locked!(uint, () {
2176         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2177         Pool* pool = findPool(p);
2178         if (pool is null)
2179             return 0u;
2180         auto bit_i = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16;
2181         return getAttr(pool, bit_i);
2182     })();
2183 }
2184
2185 uint gc_setAttr(void* p, uint attrs)
2186 {
2187     if (p is null)
2188         return 0;
2189     return locked!(uint, () {
2190         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2191         Pool* pool = findPool(p);
2192         if (pool is null)
2193             return 0u;
2194         auto bit_i = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16;
2195         uint old_attrs = getAttr(pool, bit_i);
2196         setAttr(pool, bit_i, attrs);
2197         return old_attrs;
2198     })();
2199 }
2200
2201 uint gc_clrAttr(void* p, uint attrs)
2202 {
2203     if (p is null)
2204         return 0;
2205     return locked!(uint, () {
2206         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2207         Pool* pool = findPool(p);
2208         if (pool is null)
2209             return 0u;
2210         auto bit_i = cast(size_t)(p - pool.baseAddr) / 16;
2211         uint old_attrs = getAttr(pool, bit_i);
2212         clrAttr(pool, bit_i, attrs);
2213         return old_attrs;
2214     })();
2215 }
2216
2217 void* gc_malloc(size_t size, uint attrs = 0,
2218         PointerMap ptrmap = PointerMap.init)
2219 {
2220     if (size == 0)
2221         return null;
2222     return locked!(void*, () {
2223         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2224         return malloc(size, attrs, ptrmap.bits.ptr);
2225     })();
2226 }
2227
2228 void* gc_calloc(size_t size, uint attrs = 0,
2229         PointerMap ptrmap = PointerMap.init)
2230 {
2231     if (size == 0)
2232         return null;
2233     return locked!(void*, () {
2234         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2235         return calloc(size, attrs, ptrmap.bits.ptr);
2236     })();
2237 }
2238
2239 void* gc_realloc(void* p, size_t size, uint attrs = 0,
2240         PointerMap ptrmap = PointerMap.init)
2241 {
2242     return locked!(void*, () {
2243         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2244         return realloc(p, size, attrs, ptrmap.bits.ptr);
2245     })();
2246 }
2247
2248 size_t gc_extend(void* p, size_t min_size, size_t max_size)
2249 {
2250     return locked!(size_t, () {
2251         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2252         return extend(p, min_size, max_size);
2253     })();
2254 }
2255
2256 size_t gc_reserve(size_t size)
2257 {
2258     if (size == 0)
2259         return 0;
2260     return locked!(size_t, () {
2261         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2262         return reserve(size);
2263     })();
2264 }
2265
2266 void gc_free(void* p)
2267 {
2268     if (p is null)
2269         return;
2270     return locked!(void, () {
2271         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2272         free(p);
2273     })();
2274 }
2275
2276 void* gc_addrOf(void* p)
2277 {
2278     if (p is null)
2279         return null;
2280     return locked!(void*, () {
2281         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2282         Pool* pool = findPool(p);
2283         if (pool is null)
2284             return null;
2285         return pool.findBase(p);
2286     })();
2287 }
2288
2289 size_t gc_sizeOf(void* p)
2290 {
2291     if (p is null)
2292         return 0;
2293     return locked!(size_t, () {
2294         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2295         return sizeOf(p);
2296     })();
2297 }
2298
2299 BlkInfo gc_query(void* p)
2300 {
2301     if (p is null)
2302         return BlkInfo.init;
2303     return locked!(BlkInfo, () {
2304         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2305         return getInfo(p);
2306     })();
2307 }
2308
2309 // NOTE: This routine is experimental.  The stats or function name may change
2310 //       before it is made officially available.
2311 GCStats gc_stats()
2312 {
2313     return locked!(GCStats, () {
2314         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2315         return getStats();
2316     })();
2317 }
2318
2319 void gc_addRoot(void* p)
2320 {
2321     if (p is null)
2322         return;
2323     return locked!(void, () {
2324         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2325         if (gc.roots.append(p) is null)
2326             onOutOfMemoryError();
2327     })();
2328 }
2329
2330 void gc_addRange(void* p, size_t size)
2331 {
2332     if (p is null || size == 0)
2333         return;
2334     return locked!(void, () {
2335         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2336         if (gc.ranges.append(Range(p, p + size)) is null)
2337             onOutOfMemoryError();
2338     })();
2339 }
2340
2341 void gc_removeRoot(void* p)
2342 {
2343     if (p is null)
2344         return;
2345     return locked!(void, () {
2346         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2347         bool r = gc.roots.remove(p);
2348         assert (r);
2349     })();
2350 }
2351
2352 void gc_removeRange(void* p)
2353 {
2354     if (p is null)
2355         return;
2356     return locked!(void, () {
2357         assert (Invariant()); scope (exit) assert (Invariant());
2358         bool r = gc.ranges.remove(Range(p, null));
2359         assert (r);
2360     })();
2361 }
2362
2363 void* gc_weakpointerCreate(Object r)
2364 {
2365     // weakpointers do their own locking
2366     return weakpointerCreate(r);
2367 }
2368
2369 void gc_weakpointerDestroy(void* wp)
2370 {
2371     // weakpointers do their own locking
2372     weakpointerDestroy(wp);
2373 }
2374
2375 Object gc_weakpointerGet(void* wp)
2376 {
2377     // weakpointers do their own locking
2378     return weakpointerGet(wp);
2379 }
2380
2381
2382 // vim: set et sw=4 sts=4 :