implementar un recolector de basura son sus capacidades de programación de
bajo nivel (ver :ref:`d_low_level`).
-Al proveer acceso a *aasembly*, permitir estructuras de tipo *union* y ser
+Al proveer acceso a *assembly*, permitir estructuras de tipo *union* y ser
compatible con C/C++, el recolector de basura tiene muchas restricciones. Por
ejemplo debe tratar de forma conservativa los registros y el *stack*, ya que
es la única forma de interactuar de forma segura con C/C++ y *assembly*.
páginas del *pool* N) que es una página completa.
.. aafig::
- :scale: 1.4
+ :scale: 120
+----------------------------------------------------------------------+
| Heap |
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Cada *pool* tiene la siguiente información asociada:
-*number_of_pages*:
+*number_of_pages*
cantidad de páginas que tiene. Esta cantidad es fija en toda la vida de un
*pool*.
-*pages*:
+*pages*
bloque de memoria contiguo de tamaño ``PAGE_SIZE * number_of_pages``
(siendo ``PAGE_SIZE`` el tamaño de página, que normalmente son 4096 bytes).
``PAGE``). Además hay dos tamaños de bloque simbólicos que tienen un
significado especial:
-``FREE``:
+``FREE``
indica que la página está completamente libre y que la página está
disponible para albergar cualquier tamaño de bloque que sea necesario (pero
una vez que se le asignó un nuevo tamaño de bloque ya no puede ser cambiado
hasta que la página vuelva a liberarse por completo).
-``CONTINUATION``:
+``CONTINUATION``
indica que esta página es la continuación de un objeto grande (es decir,
que ocupa una o más páginas). Luego se presentan más detalles sobre objetos
grandes.
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
Cada bloque tiene asociados varios atributos:
-*mark*:
+*mark*
utilizado en la fase de :ref:`marcado <dgc_algo_mark>`, indica que un nodo
ya fue visitado (serían las celdas *negras* en la :ref:`abstracción
tricolor <gc_intro_tricolor>`).
-*scan*:
+*scan*
utilizado también en la fase de :ref:`marcado <dgc_algo_mark>`, indica que
una celda visitada todavía tiene *hijas* sin marcar (serían las celdas
*grises* en la :ref:`abstracción tricolor <gc_intro_tricolor>`).
-*free*:
+*free*
indica que el bloque está libre (no está siendo utilizado por ningún objeto
*vivo*). Esto es necesario solo por la forma en la que realiza el
:ref:`marcado <dgc_algo_mark>` y :ref:`barrido <dgc_algo_sweep>` en el
:ref:`algoritmo actual <dgc_algo>` (las celdas con el atributo este
atributo son tomadas como *basura* aunque estén marcadas con *mark*).
-*final*:
+*final*
indica que el bloque contiene un objeto que tiene un destructor (que debe
ser llamado cuando la celda pasa de *viva* a *basura*).
-*noscan*:
+*noscan*
indica que el bloque contiene un objeto que no tiene punteros y por lo
tanto no debe ser marcado de forma conservativa (no tiene *hijas*).
algoritmo::
function mark_phase() is
- more_to_scan = false
+ global more_to_scan = false
stop_the_world()
clear_mark_scan_bits()
mark_free_lists()
mark_static_data()
push_registers_into_stack()
+ thread_self.stack.end = get_stack_top()
mark_stacks()
+ pop_registers_from_stack()
mark_user_roots()
mark_heap()
start_the_world()
La variable **global** ``more_to_scan`` indica al algoritmo iterativo cuando
-debe finalizar: la función ``mark()`` (que veremos más adelante) lo pone en
-``true`` cuando una nueva celda debe ser visitada, por lo tanto la iteración
-se interrumpe cuando no hay más celdas por visitar.
+debe finalizar: la función ``mark_range()`` (que veremos más adelante) lo pone
+en ``true`` cuando una nueva celda debe ser visitada, por lo tanto la
+iteración se interrumpe cuando no hay más celdas por visitar.
-Las funciones ``stop_the_world()`` y ``start_the_world()`` sencillamente
-pausan y reanudan todos los hilos respectivamente::
+Las funciones ``stop_the_world()`` y ``start_the_world()`` pausan y reanudan
+todos los hilos respectivamente (salvo el actual). Al pausar los hilos además
+se guardan los registros del procesador en el *stack* y se guarda la posición
+actual del *stack* para que la fase de marcado pueda recorrerlos::
function stop_the_world() is
foreach thread in threads
+ if thread is thread_self
+ continue
thread.pause()
+ push_registers_into_stack()
+ thread.stack.end = get_stack_top()
function start_the_world() is
foreach thread in threads
+ if thread is thread_self
+ continue
+ pop_registers_from_stack()
thread.resume()
La función ``clear_mark_scan_bits()`` se encarga de restablecer todos los
<gc_conserv>` (es decir, tomando cada *word* como si fuera un puntero)::
function mark_static_data() is
- foreach word in static_data
- pointer = cast(void*) word
- mark(pointer)
+ mark_range(static_data.begin, static_data.end)
Para poder tomar los registros como parte del *root set* primero se apilan
en el *stack* a través de la función::
foreach register in registers
push(register)
+Y luego se descartan (no es necesario ni correcto restablecer los valores ya
+que podrían tener nuevos valores) al sacarlos de la pila::
+
+ function pop_registers_from_stack() is
+ foreach register in reverse(registers)
+ pop()
+
Una vez hecho esto, basta marcar (de forma conservativa) los *stacks* de todos
los threads para terminar de marcar el *root set*::
function mark_stacks() is
foreach thread in threads
- foreach word in thread.stack
- pointer = cast(void*) word
- mark(pointer)
+ mark_range(thread.stack.begin, thread.stack.end)
Dado que D_ soporta manejo de memoria manual al mismo tiempo que memoria
automática, es posible que existan celdas de memoria que no estén en el *root
completo se procede a marcar las raíces definidas por el usuario::
function mark_user_roots() is
- foreach pointer in user_roots
- mark(pointer)
+ foreach root_range in user_roots
+ mark_range(root_range.begin, root_range.end)
El algoritmo de marcado no es recursivo sino iterativo por lo tanto al marcar
una celda (o bloque) no se siguen sus *hijas*, solo se activa el bit de *scan*
(a menos que la celda no contenga punteros, es decir, tenga el bit *noscan*)::
- function mark(pointer) is
- [pool, page, block] = find_block(pointer)
- if block is not null and block.mark is false
- block.mark = true
- if block.noscan is false
- block.scan = true
- more_to_scan = true
+ function mark_range(begin, end) is
+ pointer = begin
+ while pointer < end
+ [pool, page, block] = find_block(pointer)
+ if block is not null and block.mark is false
+ block.mark = true
+ if block.noscan is false
+ block.scan = true
+ global more_to_scan = true
+ pointer++
Por lo tanto en este punto, tenemos todas las celdas inmediatamente
alcanzables desde el *root set* marcadas y con el bit *scan* activado si la
celdas para visitar (con el bit *scan* activo)::
function mark_heap() is
- while more_to_scan
- more_to_scan = false
+ while global more_to_scan
+ global more_to_scan = false
foreach pool in heap
foreach page in pool
if page.block_size <= PAGE // saltea FREE y CONTINUATION
if block.scan is true
block.scan = false
if page.block_size is PAGE // objeto grande
- start = cast(byte*) page
+ begin = cast(byte*) page
end = find_big_object_end(pool, page)
- foreach word in start..end
- pointer = cast(void*) word
- mark(pointer)
+ mark_range(begin, end)
else // objeto pequeño
- foreach word in block
- pointer = cast(void*) word
- mark(pointer)
+ mark_range(block.begin, block.end)
Aquí puede verse, con un poco de esfuerzo, la utilización de la
:ref:`abstracción tricolor <gc_intro_tricolor>`: todas las celdas alcanzables
function free_big_object(pool, page) is
pool_end = cast(byte*) pool.pages + (PAGE_SIZE * pool.number_of_pages)
do
- page = cast(byte*) page + PAGE_SIZE
page.block_size = FREE
- while page.block_size is CONTINUATION and page < pool_end
+ page = cast(byte*) page + PAGE_SIZE
+ while page < pool_end and page.block_size is CONTINUATION
Además, los bloques que tienen en atributo ``final`` son finalizados llamando
a la función ``finalize()``. Esta función es un servicio que provee la
vez más el algoritmo distingue objetos grandes de pequeños. Los pequeños se
asignan de las siguiente manera::
- function new_small(block_size) is
+ function new_small(block_size) is
+ block = find_block_with_size(block_size)
+ if block is null
+ collect()
block = find_block_with_size(block_size)
if block is null
- collect()
+ new_pool()
block = find_block_with_size(block_size)
- if block is null
- new_pool()
- block = find_block_with_size(block_size)
- return null
- return block
+ return block
Se intenta reiteradas veces conseguir un bloque del tamaño correcto libre,
realizando diferentes acciones si no se tiene éxito. Primero se intenta hacer
Para intentar buscar un bloque de memoria libre se realiza lo siguiente::
- function find_block_with_size(block_size) is
+ function find_block_with_size(block_size) is
+ block = free_lists[block_size].pop_first()
+ if block is null
+ assign_page(block_size)
block = free_lists[block_size].pop_first()
- if block is null
- assign_page(block_size)
- block = free_lists[block_size].pop_first()
- return block
+ return block
Si no se puede obtener un bloque de la lista de libres correspondiente, se
busca asignar una página libre al tamaño de bloque deseado de forma de
*alimentar* la lista de libres con dicho tamaño::
- function assign_page(block_size) is
- foreach pool in heap
- foreach page in pool
- if page.block_size is FREE
- page.block_size = block_size
- foreach block in page
- free_lists[page.block_size].link(block)
+ function assign_page(block_size) is
+ foreach pool in heap
+ foreach page in pool
+ if page.block_size is FREE
+ page.block_size = block_size
+ foreach block in page
+ free_lists[page.block_size].link(block)
Cuando todo ello falla, el último recurso consiste en pedir memoria al sistema
operativo, creando un nuevo *pool*::
- funciones new_pool(number_of_pages = 1) is
- pool = alloc(pool.sizeof)
- if pool is null
- return null
- pool.number_of_pages = number_of_pages
- pool.pages = alloc(number_of_pages * PAGE_SIZE)
- if pool.pages is null
- free(pool)
- return null
- heap.add(pool)
- return pool
+ function new_pool(number_of_pages = 1) is
+ pool = alloc(pool.sizeof)
+ if pool is null
+ return null
+ pool.number_of_pages = number_of_pages
+ pool.pages = alloc(number_of_pages * PAGE_SIZE)
+ if pool.pages is null
+ free(pool)
+ return null
+ heap.add(pool)
+ foreach page in pool
+ page.block_size = FREE
+ return pool
Se recuerda que la función ``alloc()`` es un :ref:`servicio
<gc_intro_services>` provisto por el *low level allocator* y en la
de una página, entonces se utiliza otro algoritmo para alocar un objeto
grande::
- function new_big(size) is
- number_of_pages = ceil(size / PAGE_SIZE)
+ function new_big(size) is
+ number_of_pages = ceil(size / PAGE_SIZE)
+ pages = find_pages(number_of_pages)
+ if pages is null
+ collect()
pages = find_pages(number_of_pages)
if pages is null
- collect()
- pages = find_pages(number_of_pages)
- if pages is null
- minimize()
- pool = new_pool(number_of_pages)
- if pool is null
- return null
- pages = assign_pages(pool, number_of_pages)
- pages[0].block_size = PAGE
- foreach page in pages[1..end]
- page.block_size = CONTINUATION
- return pages[0]
+ minimize()
+ pool = new_pool(number_of_pages)
+ if pool is null
+ return null
+ pages = assign_pages(pool, number_of_pages)
+ pages[0].block_size = PAGE
+ foreach page in pages[1..end]
+ page.block_size = CONTINUATION
+ return pages[0]
De forma similar a la asignación de objetos pequeños, se intenta encontrar una
serie de páginas contiguas, dentro de un mismo *pool*, suficientes para
Volviendo a la función ``new_big()``, para hallar una serie de páginas
contiguas se utiliza el siguiente algoritmo::
- function find_pages(number_of_pages) is
- foreach pool in heap
- pages = assign_pages(pool, number_of_pages)
- if pages
- return pages
- return null
+ function find_pages(number_of_pages) is
+ foreach pool in heap
+ pages = assign_pages(pool, number_of_pages)
+ if pages
+ return pages
+ return null
Como se dijo, las páginas deben estar contenidas en un mismo *pool* (para
tener la garantía de que sean contiguas), por lo tanto se busca *pool* por
*pool* dicha cantidad de páginas libres consecutivas a través del siguiente
algoritmo::
- function assign_pages(pool, number_of_pages) is
- pages_found = 0
- first_page = null
- foreach page in pool
- if page.block_size is FREE
- if pages_found is 0
- pages_found = 1
- first_page = page
- else
- pages_found = pages_found + 1
- if pages_found is number_of_pages
- return [first_page .. page]
+ function assign_pages(pool, number_of_pages) is
+ pages_found = 0
+ first_page = null
+ foreach page in pool
+ if page.block_size is FREE
+ if pages_found is 0
+ pages_found = 1
+ first_page = page
else
- pages_found = 0
- first_page = null
- return null
+ pages_found = pages_found + 1
+ if pages_found is number_of_pages
+ return [first_page .. page]
+ else
+ pages_found = 0
+ first_page = null
+ return null
Una vez más, cuando todo ello falla (incluso luego de una recolección), se
intenta alocar un nuevo *pool*, esta vez con una cantidad de páginas
Dicha estructura tiene los siguientes atributos (divididos en categorías para
facilitar la comprensión):
-**Raíces definidas por el usuario**
-
- *roots* (*nroots*, *rootdim*):
+Raíces definidas por el usuario
+ *roots* (*nroots*, *rootdim*)
arreglo variable de punteros simples que son tomados como raíces
provistas por el usuario.
- *ranges* (*nranges*, *rangedim*):
+ *ranges* (*nranges*, *rangedim*)
arreglo variable de rangos de memoria que deben ser revisados (de forma
conservativa) como raíces provistas por el usuario. Un rango es una
estructura con dos punteros: ``pbot`` y ``ptop``. Toda la memoria entre
estos dos punteros se toma, palabra por palabra, como una raíz del
recolector.
-**Estado interno del recolector**
-
- *anychanges*:
+Estado interno del recolector
+ *anychanges*
variable que indica si en la fase de marcado se encontraron nuevas
celdas con punteros que deban ser visitados. Otra forma de verlo es como
un indicador de si el conjunto de celdas *grises* está vacío luego de
<gc_intro_tricolor>`). Es análoga a la variable ``more_to_scan``
presentada en :ref:`dgc_algo_mark`.
- *inited*:
+ *inited*
indica si el recolector fue inicializado.
- *stackBottom*:
+ *stackBottom*
puntero a la base del *stack* (asumiendo que el stack crece hacia arriba).
Se utiliza para saber por donde comenzar a visitar el *stack* de forma
conservativa, tomándolo con una raíz del recolector.
- *Pools* (*pooltable*, *npools*):
+ *Pools* (*pooltable*, *npools*)
arreglo variable de punteros a estructuras ``Pool`` (ver más adelante).
Este arreglo se mantiene siempre ordenado de menor a mayor según la
dirección de memoria de la primera página que almacena.
- *bucket*:
+ *bucket*
listas de libres. Es un arreglo de estructuras ``List`` utilizadas para
guardar la listas de libres de todos los tamaños de bloques posibles (ver
más adelante).
-**Atributos que cambian el comportamiento**
-
- *noStack*:
+Atributos que cambian el comportamiento
+ *noStack*
indica que no debe tomarse al *stack* como raíz del recolector. Esto es
muy poco seguro y no debería ser utilizado nunca, salvo casos
extremadamente excepcionales.
- *log*:
+ *log*
indica si se debe guardar un registro de la actividad del recolector. Es
utilizado principalmente para depuración.
- *disabled*:
+ *disabled*
indica que no se deben realizar recolecciones implícitamente. Si al
tratar de asignar memoria no se puede hallar celdas libres en el *heap*
del recolector, se pide más memoria al sistema operativo sin correr una
se pueden tolerar grandes pausas como las que puede provocar el
recolector.
-**Optimizaciones**
-
- *p_cache*, *size_cache*:
+Optimizaciones
+ *p_cache*, *size_cache*
obtener el tamaño de un bloque dado un puntero es una tarea costosa
y común. Para evitarla en casos donde se calcula de forma sucesiva el
tamaño del mismo bloque (como puede ocurrir al concatenar arreglos
dinámicos) se guarda el último calculado en estas variables a modo de
*caché*.
- *minAddr*, *maxAddr*:
+ *minAddr*, *maxAddr*
punteros al principio y fin del *heap*. Pueden haber *huecos* entre
estos dos punteros que no pertenezcan al *heap* pero siempre se cumple
que si un puntero apunta al *heap* debe estar en este rango. Esto es
La estructura ``Pool`` está compuesta por los siguientes atributos (ver figura
:vref:`fig:dgc-pool`):
-*baseAddr* y *topAddr*:
+*baseAddr* y *topAddr*
punteros al comienzo y fin de la memoria que almacena todas las páginas del
*pool* (*baseAddr* es análogo al atributo *pages* utilizado en las
secciones anteriores para mayor claridad).
-*mark*, *scan*, *freebits*, *finals*, *noscan*:
+*mark*, *scan*, *freebits*, *finals*, *noscan*
conjunto de bits (*bitsets*) para almacenar los indicadores descriptos en
:ref:`dgc_org` para todos los bloques de todas las páginas del *pool*.
*freebits* es análogo a *free* y *finals* a *final* en los atributos
descriptos en las secciones anteriores.
-*npages*:
+*npages*
cantidad de páginas que contiene este *pool* (fue nombrado
*number_of_pages* en las secciones anteriores para mayor claridad).
-*ncommitted*:
+*ncommitted*
cantidad de páginas *encomendadas* al sistema operativo (*committed* en
inglés). Este atributo no se mencionó anteriormente porque el manejo de
páginas encomendadas le agrega una complejidad bastante notable al
recolector y es solo una optimización para un sistema operativo en
particular (Microsoft Windows).
-*pagetable*:
+*pagetable*
arreglo de indicadores de tamaño de bloque de cada página de este *pool*.
Los indicadores válidos son ``B_16`` a ``B_2048`` (pasando por los valores
posibles de bloque mencionados anteriormente, todos con el prefijo
Vista gráfica de la estructura de un *pool* de memoria.
.. aafig::
- :scale: 1.4
- :aspect: 0.45
+ :scale: 120
/--- "baseAddr" "ncommitted = i" "topAddr" ---\
| V |
para facilitar la comprensión. Los siguientes son métodos de la estructura
``Gcx``:
-**Inicialización y terminación**
-
- *initialize()*:
+Inicialización y terminación
+ *initialize()*
inicializa las estructuras internas del recolector para que pueda ser
utilizado. Esta función la llama la biblioteca *runtime* antes de que el
programa comience a correr.
- *Dtor()*:
+ *Dtor()*
libera todas las estructuras que utiliza el recolector.
-**Manipulación de raíces definidas por el usuario**
-
- *addRoot(p)*, *removeRoot(p)*, *rootIter(dg)*:
+Manipulación de raíces definidas por el usuario
+ *addRoot(p)*, *removeRoot(p)*, *rootIter(dg)*
agrega, remueve e itera sobre las raíces simples definidas por el
usuario.
- *addRange(pbot, ptop)*, *remove range(pbot)*, *rangeIter(dg)*:
+ *addRange(pbot, ptop)*, *remove range(pbot)*, *rangeIter(dg)*
agrega, remueve e itera sobre los rangos de raíces definidas por el
usuario.
-**Manipulación de indicadores**
-
- Cada bloque (*bin* en la terminología de la implementación del recolector)
- tiene ciertos indicadores asociados. Algunos de ellos pueden ser
- manipulados (indirectamente) por el usuario utilizando estas funciones:
-
- *getBits(pool, biti)*:
+Manipulación de indicadores
+ *getBits(pool, biti)*
obtiene los indicadores especificados para el bloque de índice ``biti``
en el *pool* ``pool``.
- *setBits(pool, biti, mask)*:
+ *setBits(pool, biti, mask)*
establece los indicadores especificados en ``mask`` para el bloque de
índice ``biti`` en el *pool* ``pool``.
- *clrBits(pool, biti, mask)*:
+ *clrBits(pool, biti, mask)*
limpia los indicadores especificados en ``mask`` para el bloque de
índice ``biti`` en el *pool* ``pool``.
+ Cada bloque (*bin* en la terminología de la implementación del recolector)
+ tiene ciertos indicadores asociados. Algunos de ellos pueden ser
+ manipulados (indirectamente) por el usuario utilizando las funciones
+ mencionadas arriba.
+
El parámetro ``mask`` debe ser una máscara de bits que puede estar
compuesta por la conjunción de los siguientes valores:
- *FINALIZE*:
+ *FINALIZE*
el objeto almacenado en el bloque tiene un destructor (indicador
*finals*).
- *NO_SCAN*:
+ *NO_SCAN*
el objeto almacenado en el bloque no contiene punteros (indicador
*noscan*).
- *NO_MOVE*:
+ *NO_MOVE*
el objeto almacenado en el bloque no debe ser movido [#dgcmove]_.
.. [#dgcmove] Si bien el recolector actual no tiene la capacidad de mover
fijar objetos apuntados desde algún segmento no conservativo (objeto
*pinned*).
-**Búsquedas**
-
- *findPool(p)*:
+Búsquedas
+ *findPool(p)*
busca el *pool* al que pertenece el objeto apuntado por ``p``.
- *findBase(p)*:
+ *findBase(p)*
busca la dirección base (el inicio) del bloque apuntado por ``p``
(``find_block()`` según la sección :ref:`dgc_algo_mark`).
- *findSize(p)*:
+ *findSize(p)*
busca el tamaño del bloque apuntado por ``p``.
- *getInfo(p)*:
+ *getInfo(p)*
obtiene información sobre el bloque apuntado por ``p``. Dicha
información se retorna en una estructura ``BlkInfo`` que contiene los
siguientes atributos: ``base`` (dirección del inicio del bloque),
``size`` (tamaño del bloque) y ``attr`` (atributos o indicadores del
bloque, los que se pueden obtener con ``getBits()``).
- *findBin(size)*:
+ *findBin(size)*
calcula el tamaño de bloque más pequeño que pueda contener un objeto de
tamaño ``size`` (``find_block_size()`` según lo visto en
:ref:`dgc_algo_alloc`).
-**Asignación de memoria**
-
- Recordar que la ``pooltable`` siempre se mantiene ordenada según la
- dirección de la primera página.
-
- *reserve(size)*:
+Asignación de memoria
+ *reserve(size)*
reserva un nuevo *pool* de al menos ``size`` bytes. El algoritmo nunca
crea un *pool* con menos de 256 páginas (es decir, 1 MiB).
- *minimize()*:
+ *minimize()*
minimiza el uso de la memoria retornando *pools* sin páginas usadas al
sistema operativo.
- *newPool(n)*:
+ *newPool(n)*
reserva un nuevo *pool* con al menos ``n`` páginas. Junto con
``Pool.initialize()`` es análoga a ``new_pool()``, solo que esta función
siempre incrementa el número de páginas a, al menos, 256 páginas (es
3 MiB y así sucesivamente hasta 8 MiB. A partir de ahí siempre crea
*pools* de 8 MiB o la cantidad pedida, si ésta es mayor.
- *Pool.initialize(n_pages)*:
+ *Pool.initialize(n_pages)*
inicializa un nuevo *pool* de memoria. Junto con ``newPool()`` es
análoga a ``new_pool()``. Mientras ``newPool()`` es la encargada de
calcular la cantidad de páginas y crear el objeto *pool*, esta función
atributo ``FINALIZE`` a un bloque, se inicializa el conjunto de bits
``finals`` de todo el *pool*.
- *allocPage(bin)*:
+ *allocPage(bin)*
asigna a una página libre el tamaño de bloque ``bin`` y enlaza los
nuevos bloques libres a la lista de libres correspondiente (análogo
a ``assign_page()``).
- *allocPages(n)*:
+ *allocPages(n)*
Busca ``n`` cantidad de páginas consecutivas libres (análoga
a ``find_pages(n)``).
- *malloc(size, bits)*:
+ *malloc(size, bits)*
asigna memoria para un objeto de tamaño ``size`` bytes. Análoga al
algoritmo ``new(size, attr)`` presentado, excepto que introduce además
un caché para no recalcular el tamaño de bloque necesario si se realizan
múltiples asignaciones consecutivas de objetos del mismo tamaño y que la
asignación de objetos pequeños no está separada en una función aparte.
- *bigAlloc(size)*:
+ *bigAlloc(size)*
asigna un objeto grande (análogo a ``new_big()``). La implementación es
mucho más compleja que la presentada en ``new_big()``, pero la semántica
es la misma. La única diferencia es que esta función aprovecha que
el caso en que no se liberaron suficientes páginas para asignar el
objeto grande y pasar directamente a crear un nuevo *pool*.
- *free(p)*:
+ *free(p)*
libera la memoria apuntada por ``p`` (análoga a ``delete()`` de la
sección anterior).
-**Recolección**
+ Recordar que la ``pooltable`` siempre se mantiene ordenada según la
+ dirección de la primera página.
- *mark(pbot, ptop)*:
- marca un rango de memoria. Este método es análogo al ``mark()``
- presentado en la sección :ref:`dgc_algo_mark` pero marca un rango
- completo de memoria, lo que permite que sea considerablemente más
- eficiente.
+Recolección
+ *mark(pbot, ptop)*
+ marca un rango de memoria. Este método es análogo al ``mark_range()``
+ presentado en la sección :ref:`dgc_algo_mark`.
- *fullcollectshell()*:
+ *fullcollectshell()*
guarda los registros en el *stack* y llama a ``fullcollect()``. El
algoritmo presentado en :ref:`dgc_algo_mark` es simbólico, ya que si los
registros se apilaran en el *stack* dentro de otra función, al salir de
función ``collect()`` o en una función que luego la llame (como en este
caso).
- *fullcollect(stackTop)*:
+ *fullcollect(stackTop)*
realiza la recolección de basura. Es análoga a ``collect()`` pero es
considerablemente menos modular, todos los pasos se hacen directamente
en esta función: marcado del *root set*, marcado iterativo del *heap*,
considerablemente la fase de marcado.
+.. _dgc_debug:
+
+Herramientas para depuración
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+
+El recolector provee algunas opciones para simplificar el diagnóstico
+y depuración de problemas, tanto del mismo recolector como del programa del
+usuario.
+
+Las opciones más importantes son:
+
+
+``MEMSTOMP``
+ Su función es escribir un patrón determinado de bits en todos los bytes de
+ un bloque de memoria según se haya:
+
+ * Pedido un bloque menor a una página (``0xF0``).
+ * Pedido un bloque mayor a una página (``0xF1``).
+ * Dejado de usar debido a un pedido de achicamiento de un bloque
+ (``0xF2``).
+ * Pedido más páginas debido a un pedido de agrandamiento de un bloque
+ (``0xF0``).
+ * Liberado intencionalmente por el usuario (``0xF2``).
+ * Barrido (``0xF3``).
+
+ Esto permite al diagnosticar un problema saber, por ejemplo, si un
+ determinado área de memoria fue recolectada recientemente, o liberada por
+ el usuario, o recién adquirida, etc. con tan solo ver si un patrón de bits
+ determinado está presente. Por supuesto puede existir *falsos positivos*
+ pero su probabilidad es lo suficientemente baja como para que sea útil en
+ la práctica.
+
+``SENTINEL``
+ Su función detectar errores producidos por escribir más allá (o antes) del
+ área de memoria solicitada y está implementado reservando un poco más de
+ memoria de la que pide el usuario, devolviendo un puntero a un bloque
+ ubicado dentro del bloque real reservado (en vez de al inicio) y finalmente
+ escribiendo un patrón de bits en los extremos del borde real (ver figura
+ :vref:`fig:sentinel`), de forma de poder verificar en distintas situación
+ (por ejemplo al barrer el bloque) que esas áreas de más con los patrones de
+ bits estén intactas. Esto permite detectar de forma temprana errores tanto
+ en el recolector como en el programa del usuario.
+
+ .. fig:: fig:sentinel
+
+ Esquema de un bloque cuando está activada la opción ``SENTINEL``.
+
+ .. aafig::
+
+ | | | | |
+ +-- Palabra ---+-- Palabra ---+-- Tamaño bloque de usuario --+- Byte -+
+ | | | | |
+
+ +--------------+--------------+------------------------------+--------+
+ | Tamaño del | Pre | | Post |
+ | bloque de | | Bloque de usuario | |
+ | usuario | 0xF4F4F4F4 | | 0xF5 |
+ +--------------+--------------+------------------------------+--------+
+ A
+ |
+ Puntero devuleto ---/
+
+Ambas opciones son seleccionables sólo en tiempo de compilación del
+recolector, por lo que su utilidad real, al menos para el usuario, se ve
+severamente reducida.
+
.. _dgc_bad:
principales problemas percibidos por la comunidad que utiliza el lenguaje.
+.. _dgc_bad_code:
+
Complejidad del código y documentación
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
El análisis del código fue muy complicado debido a la falta de documentación
Referencias débiles
^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
El recolector actual no dispone de soporte de *referencias débiles*
-[#dgcweakref]_, sin embargo hay una demanda [NGD86840]_ [NGD13301]_ [NGL8264]_
-[NGD69761]_ [NGD74624]_ [NGD88065]_
+[#dgcweakref]_, sin embargo hay una demanda apreciable [NGD86840]_ [NGD13301]_
+[NGL8264]_ [NGD69761]_ [NGD74624]_ [NGD88065]_.
.. [#dgcweakref] Una referencia débil (o *weak reference* en inglés) es
aquella que que no protege al objeto referenciado de ser reciclado por el
Para cubrir esta demanda, se han implementado soluciones como biblioteca para
suplir la inexistencia de una implementación oficial [NGA9103]_.
-Sin embargo éstas son en general poco robustas y extremadamente dependientes
+Sin embargo éstas son en general poco robustas, extremadamente dependientes
de la implementación del recolector y, en general, presentan problemas muy
sutiles [NGD88065]_. Por esta razón se ha discutido la posibilidad de incluir
la implementación de *referencias débiles* como parte del lenguaje
básica de marcado y barrido. Hay mucho lugar para mejoras en este sentido.
+Configurabilidad
+^^^^^^^^^^^^^^^^
+Si bien el recolector actual tiene algunas características configurables,
+todas son seleccionables sólo en tiempo de compilación del recolector (no del
+programa del usuario), como por ejemplo las opciones descriptas en
+:ref:`dgc_debug`. Por lo tanto, a nivel práctico, es como si no tuviera
+posibilidad alguna de ser configurado por el usuario, ya que no es parte del
+ciclo de desarrollo normal el recompilar el recolector o *runtime* de un
+lenguaje.
+
+Dado que es imposible que un recolector sea óptimo para todo tipo de
+programas, es muy deseable permitir una configuración de parámetros del
+recolector que permitan al usuario ajustarlo a las necesidades particulares de
+sus programas.
+
+
+.. _dgc_bad_ocup:
+
+Factor de ocupación del *heap*
+^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
+Otro problema potencialmente importante del recolector actual es que no se
+tiene ningún cuidado con respecto a que, luego de una recolección, se haya
+recuperado una buena parte del *heap*. Por lo tanto, en casos extremos, el
+recolector tiene que hacer una recolección por cada petición de memoria, lo
+que es extremadamente ineficiente.
+
+Para evitar esto, habría que usar algún esquema para evaluar cuando una
+recolección no fue lo suficientemente *exitosa* y en ese caso pedir más
+memoria al sistema operativo.
+
+
Detalles
^^^^^^^^
Finalmente hay varios detalles en la implementación actual que podrían
mejorarse:
-Listas de libres:
+Listas de libres
hay 12 listas de libres, como para guardar bloques de tamaño de ``B_16``
a ``B_2048``, ``B_PAGE``, ``B_PAGEPLUS``, ``B_UNCOMMITTED`` y ``B_FREE``;
sin embargo solo tienen sentido los bloques de tamaño ``B_16``
a ``B_2048``, por lo que 4 de esas listas no se utilizan.
-Conjuntos de bits para indicadores:
+Conjuntos de bits para indicadores
los indicadores para la fase de marcado y otras propiedades de un bloque
son almacenados en conjuntos de bits que almacenan los indicadores de todos
los bloques de un *pool*. Si bien se ha mencionado esto como una ventaja,
objeto grande; lo que equivaldría al 2560 objetos de 16 bytes
desperdiciados en bits inutilizados).
-Repetición de código:
+Repetición de código
Hay algunos fragmentos de código repetidos innecesariamente. Por ejemplo en
varios lugares se utilizan arreglos de tamaño variable que se implementan
repetidas veces (en general como un puntero al inicio del arreglo más el
tamaño actual del arreglo más el tamaño de la memoria total asignada
actualmente). Esto es propenso a errores y difícil de mantener.
-Uso de señales:
+Uso de señales
el recolector actual utiliza las señales del sistema operativo ``SIGUSR1``
y ``SIGUSR2`` para pausar y reanudar los hilos respectivamente. Esto
puede traer inconvenientes a usuarios que desean utilizar estas
señales en sus programas (o peor aún, si interactúan con bibliotecas
de C que hacen uso de estas señales) [NGD5821]_.
-Marcado iterativo:
+Marcado iterativo
si bien esto se mencionó como algo bueno del recolector actual, es un
compromiso entre tiempo y espacio, y puede ser interesante analizar otros
métodos para evitar la recursión que no requieran tantas pasadas sobre el
.. include:: links.rst
-.. vim: set ts=3 sts=3 sw=3 et tw=78 :
+.. vim: set ts=3 sts=3 sw=3 et tw=78 spelllang=es :
projects / z.facultad / 75.00 / informe.git / blobdiff