ghc/includes/Storage.h

   1 /* -----------------------------------------------------------------------------
   2  *
   3  * (c) The GHC Team, 1998-2004
   4  *
   5  * External Storage Manger Interface
   6  *
   7  * ---------------------------------------------------------------------------*/
   8
   9 #ifndef STORAGE_H
  10 #define STORAGE_H
  11
  12 #include <stddef.h>
  13
  14 /* -----------------------------------------------------------------------------
  15  * Generational GC
  16  *
  17  * We support an arbitrary number of generations, with an arbitrary number
  18  * of steps per generation.  Notes (in no particular order):
  19  *
  20  *       - all generations except the oldest should have two steps.  This gives
  21  *         objects a decent chance to age before being promoted, and in
  22  *         particular will ensure that we don't end up with too many
  23  *         thunks being updated in older generations.
  24  *
  25  *       - the oldest generation has one step.  There's no point in aging
  26  *         objects in the oldest generation.
  27  *
  28  *       - generation 0, step 0 (G0S0) is the allocation area.  It is given
  29  *         a fixed set of blocks during initialisation, and these blocks
  30  *         are never freed.
  31  *
  32  *       - during garbage collection, each step which is an evacuation
  33  *         destination (i.e. all steps except G0S0) is allocated a to-space.
  34  *         evacuated objects are allocated into the step's to-space until
  35  *         GC is finished, when the original step's contents may be freed
  36  *         and replaced by the to-space.
  37  *
  38  *       - the mutable-list is per-generation (not per-step).  G0 doesn't
  39  *         have one (since every garbage collection collects at least G0).
  40  *
  41  *       - block descriptors contain pointers to both the step and the
  42  *         generation that the block belongs to, for convenience.
  43  *
  44  *       - static objects are stored in per-generation lists.  See GC.c for
  45  *         details of how we collect CAFs in the generational scheme.
  46  *
  47  *       - large objects are per-step, and are promoted in the same way
  48  *         as small objects, except that we may allocate large objects into
  49  *         generation 1 initially.
  50  *
  51  * ------------------------------------------------------------------------- */
  52
  53 typedef struct _step {
  54   unsigned int         no;              /* step number */
  55   bdescr *             blocks;          /* blocks in this step */
  56   unsigned int         n_blocks;        /* number of blocks */
  57   struct _step *       to;              /* destination step for live objects */
  58   struct _generation * gen;             /* generation this step belongs to */
  59   unsigned int         gen_no;          /* generation number (cached) */
  60   bdescr *             large_objects;   /* large objects (doubly linked) */
  61   unsigned int         n_large_blocks;  /* no. of blocks used by large objs */
  62   int                  is_compacted;    /* compact this step? (old gen only) */
  63
  64   /* temporary use during GC: */
  65   StgPtr       hp;                      /* next free locn in to-space */
  66   StgPtr       hpLim;                   /* end of current to-space block */
  67   bdescr *     hp_bd;                   /* bdescr of current to-space block */
  68   bdescr *     to_blocks;               /* bdescr of first to-space block */
  69   unsigned int n_to_blocks;             /* number of blocks in to-space */
  70   bdescr *     scan_bd;                 /* block currently being scanned */
  71   StgPtr       scan;                    /* scan pointer in current block */
  72   bdescr *     new_large_objects;       /* large objects collected so far */
  73   bdescr *     scavenged_large_objects; /* live large objs after GC (d-link) */
  74   unsigned int n_scavenged_large_blocks;/* size of above */
  75   bdescr *     bitmap;                  /* bitmap for compacting collection */
  76 } step;
  77
  78 typedef struct _generation {
  79   unsigned int   no;                    /* generation number */
  80   step *         steps;                 /* steps */
  81   unsigned int   n_steps;               /* number of steps */
  82   unsigned int   max_blocks;            /* max blocks in step 0 */
  83   bdescr        *mut_list;              /* mut objects in this gen (not G0)*/
  84
  85   /* temporary use during GC: */
  86   bdescr        *saved_mut_list;
  87
  88   /* stats information */
  89   unsigned int collections;
  90   unsigned int failed_promotions;
  91 } generation;
  92
  93 extern generation * RTS_VAR(generations);
  94
  95 extern generation * RTS_VAR(g0);
  96 extern step * RTS_VAR(g0s0);
  97 extern generation * RTS_VAR(oldest_gen);
  98
  99 /* -----------------------------------------------------------------------------
 100    Initialisation / De-initialisation
 101    -------------------------------------------------------------------------- */
 102
 103 extern void initStorage(void);
 104 extern void exitStorage(void);
 105
 106 /* -----------------------------------------------------------------------------
 107    Generic allocation
 108
 109    StgPtr allocate(nat n)       Allocates a chunk of contiguous store
 110                                 n words long, returning a pointer to
 111                                 the first word.  Always succeeds.
 112
 113    StgPtr allocatePinned(nat n) Allocates a chunk of contiguous store
 114                                 n words long, which is at a fixed
 115                                 address (won't be moved by GC).
 116                                 Returns a pointer to the first word.
 117                                 Always succeeds.
 118
 119                                 NOTE: the GC can't in general handle
 120                                 pinned objects, so allocatePinned()
 121                                 can only be used for ByteArrays at the
 122                                 moment.
 123
 124                                 Don't forget to TICK_ALLOC_XXX(...)
 125                                 after calling allocate or
 126                                 allocatePinned, for the
 127                                 benefit of the ticky-ticky profiler.
 128
 129    rtsBool doYouWantToGC(void)  Returns True if the storage manager is
 130                                 ready to perform a GC, False otherwise.
 131
 132    lnat  allocated_bytes(void)  Returns the number of bytes allocated
 133                                 via allocate() since the last GC.
 134                                 Used in the reporting of statistics.
 135
 136    SMP: allocate and doYouWantToGC can be used from STG code, they are
 137    surrounded by a mutex.
 138    -------------------------------------------------------------------------- */
 139
 140 extern StgPtr  allocate        ( nat n );
 141 extern StgPtr  allocatePinned  ( nat n );
 142 extern lnat    allocated_bytes ( void );
 143
 144 extern bdescr * RTS_VAR(small_alloc_list);
 145 extern bdescr * RTS_VAR(large_alloc_list);
 146 extern bdescr * RTS_VAR(pinned_object_block);
 147
 148 extern StgPtr RTS_VAR(alloc_Hp);
 149 extern StgPtr RTS_VAR(alloc_HpLim);
 150
 151 extern nat RTS_VAR(alloc_blocks);
 152 extern nat RTS_VAR(alloc_blocks_lim);
 153
 154 INLINE_HEADER rtsBool
 155 doYouWantToGC( void )
 156 {
 157   return (alloc_blocks >= alloc_blocks_lim);
 158 }
 159
 160 /* -----------------------------------------------------------------------------
 161    Performing Garbage Collection
 162
 163    GarbageCollect(get_roots)    Performs a garbage collection.
 164                                 'get_roots' is called to find all the
 165                                 roots that the system knows about.
 166
 167    StgClosure                   Called by get_roots on each root.
 168    MarkRoot(StgClosure *p)      Returns the new location of the root.
 169    -------------------------------------------------------------------------- */
 170
 171 extern void GarbageCollect(void (*get_roots)(evac_fn),rtsBool force_major_gc);
 172
 173 /* -----------------------------------------------------------------------------
 174    Generational garbage collection support
 175
 176    recordMutable(StgPtr p)       Informs the garbage collector that a
 177                                  previously immutable object has
 178                                  become (permanently) mutable.  Used
 179                                  by thawArray and similar.
 180
 181    updateWithIndirection(p1,p2)  Updates the object at p1 with an
 182                                  indirection pointing to p2.  This is
 183                                  normally called for objects in an old
 184                                  generation (>0) when they are updated.
 185
 186    updateWithPermIndirection(p1,p2)  As above but uses a permanent indir.
 187
 188    -------------------------------------------------------------------------- */
 189
 190 /*
 191  * Storage manager mutex
 192  */
 193 #if defined(SMP)
 194 extern Mutex sm_mutex;
 195 #define ACQUIRE_SM_LOCK   ACQUIRE_LOCK(&sm_mutex)
 196 #define RELEASE_SM_LOCK   RELEASE_LOCK(&sm_mutex)
 197 #else
 198 #define ACQUIRE_SM_LOCK
 199 #define RELEASE_SM_LOCK
 200 #endif
 201
 202 /* ToDo: shouldn't recordMutable acquire some
 203  * kind of lock in the SMP case?  Or do we need per-processor
 204  * mutable lists?
 205  */
 206 INLINE_HEADER void
 207 recordMutableGen(StgClosure *p, generation *gen)
 208 {
 209     bdescr *bd;
 210
 211     bd = gen->mut_list;
 212     if (bd->free >= bd->start + BLOCK_SIZE_W) {
 213         bdescr *new_bd;
 214         new_bd = allocBlock();
 215         new_bd->link = bd;
 216         bd = new_bd;
 217         gen->mut_list = bd;
 218     }
 219     *bd->free++ = (StgWord)p;
 220 }
 221
 222 INLINE_HEADER void
 223 recordMutable(StgClosure *p)
 224 {
 225     bdescr *bd;
 226     ASSERT(closure_MUTABLE(p));
 227     bd = Bdescr((P_)p);
 228     if (bd->gen_no > 0) recordMutableGen(p, &RTS_DEREF(generations)[bd->gen_no]);
 229 }
 230
 231 /* -----------------------------------------------------------------------------
 232    The CAF table - used to let us revert CAFs in GHCi
 233    -------------------------------------------------------------------------- */
 234
 235 void revertCAFs( void );
 236
 237 /* -----------------------------------------------------------------------------
 238    DEBUGGING predicates for pointers
 239
 240    LOOKS_LIKE_INFO_PTR(p)    returns False if p is definitely not an info ptr
 241    LOOKS_LIKE_CLOSURE_PTR(p) returns False if p is definitely not a closure ptr
 242
 243    These macros are complete but not sound.  That is, they might
 244    return false positives.  Do not rely on them to distinguish info
 245    pointers from closure pointers, for example.
 246
 247    We don't use address-space predicates these days, for portability
 248    reasons, and the fact that code/data can be scattered about the
 249    address space in a dynamically-linked environment.  Our best option
 250    is to look at the alleged info table and see whether it seems to
 251    make sense...
 252    -------------------------------------------------------------------------- */
 253
 254 #define LOOKS_LIKE_INFO_PTR(p) \
 255    (p && ((StgInfoTable *)(INFO_PTR_TO_STRUCT(p)))->type != INVALID_OBJECT && \
 256     ((StgInfoTable *)(INFO_PTR_TO_STRUCT(p)))->type < N_CLOSURE_TYPES)
 257
 258 #define LOOKS_LIKE_CLOSURE_PTR(p) \
 259    (LOOKS_LIKE_INFO_PTR(((StgClosure *)(p))->header.info))
 260
 261 /* -----------------------------------------------------------------------------
 262    Macros for calculating how big a closure will be (used during allocation)
 263    -------------------------------------------------------------------------- */
 264
 265 INLINE_HEADER StgOffset PAP_sizeW   ( nat n_args )
 266 { return sizeofW(StgPAP) + n_args; }
 267
 268 INLINE_HEADER StgOffset AP_STACK_sizeW ( nat size )
 269 { return sizeofW(StgAP_STACK) + size; }
 270
 271 INLINE_HEADER StgOffset CONSTR_sizeW( nat p, nat np )
 272 { return sizeofW(StgHeader) + p + np; }
 273
 274 INLINE_HEADER StgOffset THUNK_SELECTOR_sizeW ( void )
 275 { return stg_max(sizeofW(StgHeader)+MIN_UPD_SIZE, sizeofW(StgSelector)); }
 276
 277 INLINE_HEADER StgOffset BLACKHOLE_sizeW ( void )
 278 { return stg_max(sizeofW(StgHeader)+MIN_UPD_SIZE, sizeofW(StgBlockingQueue)); }
 279
 280 /* --------------------------------------------------------------------------
 281    Sizes of closures
 282    ------------------------------------------------------------------------*/
 283
 284 INLINE_HEADER StgOffset sizeW_fromITBL( const StgInfoTable* itbl )
 285 { return sizeofW(StgClosure)
 286        + sizeofW(StgPtr)  * itbl->layout.payload.ptrs
 287        + sizeofW(StgWord) * itbl->layout.payload.nptrs; }
 288
 289 INLINE_HEADER StgOffset ap_stack_sizeW( StgAP_STACK* x )
 290 { return AP_STACK_sizeW(x->size); }
 291
 292 INLINE_HEADER StgOffset pap_sizeW( StgPAP* x )
 293 { return PAP_sizeW(x->n_args); }
 294
 295 INLINE_HEADER StgOffset arr_words_sizeW( StgArrWords* x )
 296 { return sizeofW(StgArrWords) + x->words; }
 297
 298 INLINE_HEADER StgOffset mut_arr_ptrs_sizeW( StgMutArrPtrs* x )
 299 { return sizeofW(StgMutArrPtrs) + x->ptrs; }
 300
 301 INLINE_HEADER StgWord tso_sizeW ( StgTSO *tso )
 302 { return TSO_STRUCT_SIZEW + tso->stack_size; }
 303
 304 INLINE_HEADER StgWord bco_sizeW ( StgBCO *bco )
 305 { return bco->size; }
 306
 307 /* -----------------------------------------------------------------------------
 308    Sizes of stack frames
 309    -------------------------------------------------------------------------- */
 310
 311 INLINE_HEADER StgWord stack_frame_sizeW( StgClosure *frame )
 312 {
 313     StgRetInfoTable *info;
 314
 315     info = get_ret_itbl(frame);
 316     switch (info->i.type) {
 317
 318     case RET_DYN:
 319     {
 320         StgRetDyn *dyn = (StgRetDyn *)frame;
 321         return  sizeofW(StgRetDyn) + RET_DYN_BITMAP_SIZE +
 322             RET_DYN_NONPTR_REGS_SIZE +
 323             RET_DYN_PTRS(dyn->liveness) + RET_DYN_NONPTRS(dyn->liveness);
 324     }
 325
 326     case RET_FUN:
 327         return sizeofW(StgRetFun) + ((StgRetFun *)frame)->size;
 328
 329     case RET_BIG:
 330     case RET_VEC_BIG:
 331         return 1 + GET_LARGE_BITMAP(&info->i)->size;
 332
 333     case RET_BCO:
 334         return 2 + BCO_BITMAP_SIZE((StgBCO *)((P_)frame)[1]);
 335
 336     default:
 337         return 1 + BITMAP_SIZE(info->i.layout.bitmap);
 338     }
 339 }
 340
 341 /* -----------------------------------------------------------------------------
 342    Nursery manipulation
 343    -------------------------------------------------------------------------- */
 344
 345 extern void     allocNurseries ( void );
 346 extern void     resetNurseries ( void );
 347 extern bdescr * allocNursery   ( bdescr *last_bd, nat blocks );
 348 extern void     resizeNursery  ( nat blocks );
 349 extern void     tidyAllocateLists ( void );
 350
 351 /* -----------------------------------------------------------------------------
 352    Functions from GC.c
 353    -------------------------------------------------------------------------- */
 354
 355 extern void         threadPaused ( StgTSO * );
 356 extern StgClosure * isAlive      ( StgClosure *p );
 357 extern void         markCAFs     ( evac_fn evac );
 358
 359 /* -----------------------------------------------------------------------------
 360    Stats 'n' DEBUG stuff
 361    -------------------------------------------------------------------------- */
 362
 363 extern ullong RTS_VAR(total_allocated);
 364
 365 extern lnat calcAllocated  ( void );
 366 extern lnat calcLive       ( void );
 367 extern lnat calcNeeded     ( void );
 368
 369 #if defined(DEBUG)
 370 extern void memInventory(void);
 371 extern void checkSanity(void);
 372 extern nat  countBlocks(bdescr *);
 373 #endif
 374
 375 #if defined(DEBUG)
 376 void printMutOnceList(generation *gen);
 377 void printMutableList(generation *gen);
 378 #endif
 379
 380 /* ----------------------------------------------------------------------------
 381    Storage manager internal APIs and globals
 382    ------------------------------------------------------------------------- */
 383
 384 #define END_OF_STATIC_LIST stgCast(StgClosure*,1)
 385
 386 extern void newDynCAF(StgClosure *);
 387
 388 extern void move_TSO(StgTSO *src, StgTSO *dest);
 389 extern StgTSO *relocate_stack(StgTSO *dest, ptrdiff_t diff);
 390
 391 extern StgClosure * RTS_VAR(static_objects);
 392 extern StgClosure * RTS_VAR(scavenged_static_objects);
 393 extern StgWeak    * RTS_VAR(old_weak_ptr_list);
 394 extern StgWeak    * RTS_VAR(weak_ptr_list);
 395 extern StgClosure * RTS_VAR(caf_list);
 396 extern StgTSO     * RTS_VAR(resurrected_threads);
 397
 398 #endif // STORAGE_H