05bc8f22fb9e325488f9f97ecc9a983f2f5914ad
[ghc-hetmet.git] / rts / sm / GC.c
1 /* -----------------------------------------------------------------------------
2  *
3  * (c) The GHC Team 1998-2008
4  *
5  * Generational garbage collector
6  *
7  * Documentation on the architecture of the Garbage Collector can be
8  * found in the online commentary:
9  * 
10  *   http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/Rts/Storage/GC
11  *
12  * ---------------------------------------------------------------------------*/
13
14 #include "PosixSource.h"
15 #include "Rts.h"
16 #include "HsFFI.h"
17
18 #include "Storage.h"
19 #include "RtsUtils.h"
20 #include "Apply.h"
21 #include "Updates.h"
22 #include "Stats.h"
23 #include "Schedule.h"
24 #include "Sanity.h"
25 #include "BlockAlloc.h"
26 #include "ProfHeap.h"
27 #include "Weak.h"
28 #include "Prelude.h"
29 #include "RtsSignals.h"
30 #include "STM.h"
31 #if defined(RTS_GTK_FRONTPANEL)
32 #include "FrontPanel.h"
33 #endif
34 #include "Trace.h"
35 #include "RetainerProfile.h"
36 #include "LdvProfile.h"
37 #include "RaiseAsync.h"
38 #include "Papi.h"
39 #include "Stable.h"
40
41 #include "GC.h"
42 #include "GCThread.h"
43 #include "GCTDecl.h"
44 #include "Compact.h"
45 #include "Evac.h"
46 #include "Scav.h"
47 #include "GCUtils.h"
48 #include "MarkStack.h"
49 #include "MarkWeak.h"
50 #include "Sparks.h"
51 #include "Sweep.h"
52
53 #include <string.h> // for memset()
54 #include <unistd.h>
55
56 /* -----------------------------------------------------------------------------
57    Global variables
58    -------------------------------------------------------------------------- */
59
60 /* STATIC OBJECT LIST.
61  *
62  * During GC:
63  * We maintain a linked list of static objects that are still live.
64  * The requirements for this list are:
65  *
66  *  - we need to scan the list while adding to it, in order to
67  *    scavenge all the static objects (in the same way that
68  *    breadth-first scavenging works for dynamic objects).
69  *
70  *  - we need to be able to tell whether an object is already on
71  *    the list, to break loops.
72  *
73  * Each static object has a "static link field", which we use for
74  * linking objects on to the list.  We use a stack-type list, consing
75  * objects on the front as they are added (this means that the
76  * scavenge phase is depth-first, not breadth-first, but that
77  * shouldn't matter).  
78  *
79  * A separate list is kept for objects that have been scavenged
80  * already - this is so that we can zero all the marks afterwards.
81  *
82  * An object is on the list if its static link field is non-zero; this
83  * means that we have to mark the end of the list with '1', not NULL.  
84  *
85  * Extra notes for generational GC:
86  *
87  * Each generation has a static object list associated with it.  When
88  * collecting generations up to N, we treat the static object lists
89  * from generations > N as roots.
90  *
91  * We build up a static object list while collecting generations 0..N,
92  * which is then appended to the static object list of generation N+1.
93  */
94
95 /* N is the oldest generation being collected, where the generations
96  * are numbered starting at 0.  A major GC (indicated by the major_gc
97  * flag) is when we're collecting all generations.  We only attempt to
98  * deal with static objects and GC CAFs when doing a major GC.
99  */
100 nat N;
101 rtsBool major_gc;
102
103 /* Data used for allocation area sizing.
104  */
105 static lnat g0_pcnt_kept = 30; // percentage of g0 live at last minor GC 
106
107 /* Mut-list stats */
108 #ifdef DEBUG
109 nat mutlist_MUTVARS,
110     mutlist_MUTARRS,
111     mutlist_MVARS,
112     mutlist_OTHERS;
113 #endif
114
115 /* Thread-local data for each GC thread
116  */
117 gc_thread **gc_threads = NULL;
118
119 #if !defined(THREADED_RTS)
120 StgWord8 the_gc_thread[sizeof(gc_thread) + 64 * sizeof(gen_workspace)];
121 #endif
122
123 // Number of threads running in *this* GC.  Affects how many
124 // step->todos[] lists we have to look in to find work.
125 nat n_gc_threads;
126
127 // For stats:
128 long copied;        // *words* copied & scavenged during this GC
129
130 rtsBool work_stealing;
131
132 DECLARE_GCT
133
134 /* -----------------------------------------------------------------------------
135    Static function declarations
136    -------------------------------------------------------------------------- */
137
138 static void mark_root               (void *user, StgClosure **root);
139 static void zero_static_object_list (StgClosure* first_static);
140 static nat  initialise_N            (rtsBool force_major_gc);
141 static void prepare_collected_gen   (generation *gen);
142 static void prepare_uncollected_gen (generation *gen);
143 static void init_gc_thread          (gc_thread *t);
144 static void resize_generations      (void);
145 static void resize_nursery          (void);
146 static void start_gc_threads        (void);
147 static void scavenge_until_all_done (void);
148 static StgWord inc_running          (void);
149 static StgWord dec_running          (void);
150 static void wakeup_gc_threads       (nat me);
151 static void shutdown_gc_threads     (nat me);
152 static void collect_gct_blocks      (void);
153
154 #if 0 && defined(DEBUG)
155 static void gcCAFs                  (void);
156 #endif
157
158 /* -----------------------------------------------------------------------------
159    The mark stack.
160    -------------------------------------------------------------------------- */
161
162 bdescr *mark_stack_top_bd; // topmost block in the mark stack
163 bdescr *mark_stack_bd;     // current block in the mark stack
164 StgPtr mark_sp;            // pointer to the next unallocated mark stack entry
165
166 /* -----------------------------------------------------------------------------
167    GarbageCollect: the main entry point to the garbage collector.
168
169    Locks held: all capabilities are held throughout GarbageCollect().
170    -------------------------------------------------------------------------- */
171
172 void
173 GarbageCollect (rtsBool force_major_gc, 
174                 nat gc_type USED_IF_THREADS,
175                 Capability *cap)
176 {
177   bdescr *bd;
178   generation *gen;
179   lnat live_blocks, live_words, allocated, max_copied, avg_copied;
180   gc_thread *saved_gct;
181   nat g, n;
182
183   // necessary if we stole a callee-saves register for gct:
184   saved_gct = gct;
185
186 #ifdef PROFILING
187   CostCentreStack *prev_CCS;
188 #endif
189
190   ACQUIRE_SM_LOCK;
191
192 #if defined(RTS_USER_SIGNALS)
193   if (RtsFlags.MiscFlags.install_signal_handlers) {
194     // block signals
195     blockUserSignals();
196   }
197 #endif
198
199   ASSERT(sizeof(gen_workspace) == 16 * sizeof(StgWord));
200   // otherwise adjust the padding in gen_workspace.
201
202   // this is the main thread
203   SET_GCT(gc_threads[cap->no]);
204
205   // tell the stats department that we've started a GC 
206   stat_startGC(gct);
207
208   // lock the StablePtr table
209   stablePtrPreGC();
210
211 #ifdef DEBUG
212   mutlist_MUTVARS = 0;
213   mutlist_MUTARRS = 0;
214   mutlist_OTHERS = 0;
215 #endif
216
217   // attribute any costs to CCS_GC 
218 #ifdef PROFILING
219   prev_CCS = CCCS;
220   CCCS = CCS_GC;
221 #endif
222
223   /* Approximate how much we allocated.  
224    * Todo: only when generating stats? 
225    */
226   allocated = calcAllocated(rtsFalse/* don't count the nursery yet */);
227
228   /* Figure out which generation to collect
229    */
230   n = initialise_N(force_major_gc);
231
232 #if defined(THREADED_RTS)
233   work_stealing = RtsFlags.ParFlags.parGcLoadBalancingEnabled &&
234                   N >= RtsFlags.ParFlags.parGcLoadBalancingGen;
235       // It's not always a good idea to do load balancing in parallel
236       // GC.  In particular, for a parallel program we don't want to
237       // lose locality by moving cached data into another CPU's cache
238       // (this effect can be quite significant). 
239       //
240       // We could have a more complex way to deterimine whether to do
241       // work stealing or not, e.g. it might be a good idea to do it
242       // if the heap is big.  For now, we just turn it on or off with
243       // a flag.
244 #endif
245
246   /* Start threads, so they can be spinning up while we finish initialisation.
247    */
248   start_gc_threads();
249
250 #if defined(THREADED_RTS)
251   /* How many threads will be participating in this GC?
252    * We don't try to parallelise minor GCs (unless the user asks for
253    * it with +RTS -gn0), or mark/compact/sweep GC.
254    */
255   if (gc_type == PENDING_GC_PAR) {
256       n_gc_threads = RtsFlags.ParFlags.nNodes;
257   } else {
258       n_gc_threads = 1;
259   }
260 #else
261   n_gc_threads = 1;
262 #endif
263
264   debugTrace(DEBUG_gc, "GC (gen %d): %d KB to collect, %ld MB in use, using %d thread(s)",
265         N, n * (BLOCK_SIZE / 1024), mblocks_allocated, n_gc_threads);
266
267 #ifdef RTS_GTK_FRONTPANEL
268   if (RtsFlags.GcFlags.frontpanel) {
269       updateFrontPanelBeforeGC(N);
270   }
271 #endif
272
273 #ifdef DEBUG
274   // check for memory leaks if DEBUG is on 
275   memInventory(DEBUG_gc);
276 #endif
277
278   // check sanity *before* GC
279   IF_DEBUG(sanity, checkSanity(rtsFalse /* before GC */, major_gc));
280
281   // Initialise all the generations/steps that we're collecting.
282   for (g = 0; g <= N; g++) {
283       prepare_collected_gen(&generations[g]);
284   }
285   // Initialise all the generations/steps that we're *not* collecting.
286   for (g = N+1; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
287       prepare_uncollected_gen(&generations[g]);
288   }
289
290   // Prepare this gc_thread
291   init_gc_thread(gct);
292
293   /* Allocate a mark stack if we're doing a major collection.
294    */
295   if (major_gc && oldest_gen->mark) {
296       mark_stack_bd     = allocBlock();
297       mark_stack_top_bd = mark_stack_bd;
298       mark_stack_bd->link = NULL;
299       mark_stack_bd->u.back = NULL;
300       mark_sp           = mark_stack_bd->start;
301   } else {
302       mark_stack_bd     = NULL;
303       mark_stack_top_bd = NULL;
304       mark_sp           = NULL;
305   }
306
307   /* -----------------------------------------------------------------------
308    * follow all the roots that we know about:
309    */
310
311   // the main thread is running: this prevents any other threads from
312   // exiting prematurely, so we can start them now.
313   // NB. do this after the mutable lists have been saved above, otherwise
314   // the other GC threads will be writing into the old mutable lists.
315   inc_running();
316   wakeup_gc_threads(gct->thread_index);
317
318   traceEventGcWork(gct->cap);
319
320   // scavenge the capability-private mutable lists.  This isn't part
321   // of markSomeCapabilities() because markSomeCapabilities() can only
322   // call back into the GC via mark_root() (due to the gct register
323   // variable).
324   if (n_gc_threads == 1) {
325       for (n = 0; n < n_capabilities; n++) {
326 #if defined(THREADED_RTS)
327           scavenge_capability_mut_Lists1(&capabilities[n]);
328 #else
329           scavenge_capability_mut_lists(&capabilities[n]);
330 #endif
331       }
332   } else {
333       scavenge_capability_mut_lists(gct->cap);
334   }
335
336   // follow roots from the CAF list (used by GHCi)
337   gct->evac_gen_no = 0;
338   markCAFs(mark_root, gct);
339
340   // follow all the roots that the application knows about.
341   gct->evac_gen_no = 0;
342   if (n_gc_threads == 1) {
343       for (n = 0; n < n_capabilities; n++) {
344           markCapability(mark_root, gct, &capabilities[n],
345                          rtsTrue/*don't mark sparks*/);
346       }
347   } else {
348       markCapability(mark_root, gct, cap, rtsTrue/*don't mark sparks*/);
349   }
350
351   markScheduler(mark_root, gct);
352
353 #if defined(RTS_USER_SIGNALS)
354   // mark the signal handlers (signals should be already blocked)
355   markSignalHandlers(mark_root, gct);
356 #endif
357
358   // Mark the weak pointer list, and prepare to detect dead weak pointers.
359   markWeakPtrList();
360   initWeakForGC();
361
362   // Mark the stable pointer table.
363   markStablePtrTable(mark_root, gct);
364
365   /* -------------------------------------------------------------------------
366    * Repeatedly scavenge all the areas we know about until there's no
367    * more scavenging to be done.
368    */
369   for (;;)
370   {
371       scavenge_until_all_done();
372       // The other threads are now stopped.  We might recurse back to
373       // here, but from now on this is the only thread.
374       
375       // must be last...  invariant is that everything is fully
376       // scavenged at this point.
377       if (traverseWeakPtrList()) { // returns rtsTrue if evaced something 
378           inc_running();
379           continue;
380       }
381
382       // If we get to here, there's really nothing left to do.
383       break;
384   }
385
386   shutdown_gc_threads(gct->thread_index);
387
388   // Now see which stable names are still alive.
389   gcStablePtrTable();
390
391 #ifdef THREADED_RTS
392   if (n_gc_threads == 1) {
393       for (n = 0; n < n_capabilities; n++) {
394           pruneSparkQueue(&capabilities[n]);
395       }
396   } else {
397       pruneSparkQueue(gct->cap);
398   }
399 #endif
400
401 #ifdef PROFILING
402   // We call processHeapClosureForDead() on every closure destroyed during
403   // the current garbage collection, so we invoke LdvCensusForDead().
404   if (RtsFlags.ProfFlags.doHeapProfile == HEAP_BY_LDV
405       || RtsFlags.ProfFlags.bioSelector != NULL)
406     LdvCensusForDead(N);
407 #endif
408
409   // NO MORE EVACUATION AFTER THIS POINT!
410
411   // Two-space collector: free the old to-space.
412   // g0->old_blocks is the old nursery
413   // g0->blocks is to-space from the previous GC
414   if (RtsFlags.GcFlags.generations == 1) {
415       if (g0->blocks != NULL) {
416           freeChain(g0->blocks);
417           g0->blocks = NULL;
418       }
419   }
420
421   // Finally: compact or sweep the oldest generation.
422   if (major_gc && oldest_gen->mark) {
423       if (oldest_gen->compact) 
424           compact(gct->scavenged_static_objects);
425       else
426           sweep(oldest_gen);
427   }
428
429   copied = 0;
430   max_copied = 0;
431   avg_copied = 0;
432   { 
433       nat i;
434       for (i=0; i < n_gc_threads; i++) {
435           if (n_gc_threads > 1) {
436               debugTrace(DEBUG_gc,"thread %d:", i);
437               debugTrace(DEBUG_gc,"   copied           %ld", gc_threads[i]->copied * sizeof(W_));
438               debugTrace(DEBUG_gc,"   scanned          %ld", gc_threads[i]->scanned * sizeof(W_));
439               debugTrace(DEBUG_gc,"   any_work         %ld", gc_threads[i]->any_work);
440               debugTrace(DEBUG_gc,"   no_work          %ld", gc_threads[i]->no_work);
441               debugTrace(DEBUG_gc,"   scav_find_work %ld",   gc_threads[i]->scav_find_work);
442           }
443           copied += gc_threads[i]->copied;
444           max_copied = stg_max(gc_threads[i]->copied, max_copied);
445       }
446       if (n_gc_threads == 1) {
447           max_copied = 0;
448           avg_copied = 0;
449       } else {
450           avg_copied = copied;
451       }
452   }
453
454   // Run through all the generations/steps and tidy up.
455   // We're going to:
456   //   - count the amount of "live" data (live_words, live_blocks)
457   //   - count the amount of "copied" data in this GC (copied)
458   //   - free from-space
459   //   - make to-space the new from-space (set BF_EVACUATED on all blocks)
460   //
461   live_words = 0;
462   live_blocks = 0;
463
464   for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
465
466     if (g == N) {
467       generations[g].collections++; // for stats 
468       if (n_gc_threads > 1) generations[g].par_collections++;
469     }
470
471     // Count the mutable list as bytes "copied" for the purposes of
472     // stats.  Every mutable list is copied during every GC.
473     if (g > 0) {
474         nat mut_list_size = 0;
475         for (n = 0; n < n_capabilities; n++) {
476             mut_list_size += countOccupied(capabilities[n].mut_lists[g]);
477         }
478         copied +=  mut_list_size;
479
480         debugTrace(DEBUG_gc,
481                    "mut_list_size: %lu (%d vars, %d arrays, %d MVARs, %d others)",
482                    (unsigned long)(mut_list_size * sizeof(W_)),
483                    mutlist_MUTVARS, mutlist_MUTARRS, mutlist_MVARS, mutlist_OTHERS);
484     }
485
486     bdescr *next, *prev;
487     gen = &generations[g];
488
489     // for generations we collected... 
490     if (g <= N) {
491
492         /* free old memory and shift to-space into from-space for all
493          * the collected steps (except the allocation area).  These
494          * freed blocks will probaby be quickly recycled.
495          */
496         if (gen->mark)
497         {
498             // tack the new blocks on the end of the existing blocks
499             if (gen->old_blocks != NULL) {
500                 
501                 prev = NULL;
502                 for (bd = gen->old_blocks; bd != NULL; bd = next) {
503                     
504                     next = bd->link;
505                     
506                     if (!(bd->flags & BF_MARKED))
507                     {
508                         if (prev == NULL) {
509                             gen->old_blocks = next;
510                         } else {
511                             prev->link = next;
512                         }
513                         freeGroup(bd);
514                         gen->n_old_blocks--;
515                     }
516                     else
517                     {
518                         gen->n_words += bd->free - bd->start;
519                         
520                         // NB. this step might not be compacted next
521                         // time, so reset the BF_MARKED flags.
522                         // They are set before GC if we're going to
523                         // compact.  (search for BF_MARKED above).
524                         bd->flags &= ~BF_MARKED;
525                         
526                         // between GCs, all blocks in the heap except
527                         // for the nursery have the BF_EVACUATED flag set.
528                         bd->flags |= BF_EVACUATED;
529                         
530                         prev = bd;
531                     }
532                 }
533
534                 if (prev != NULL) {
535                     prev->link = gen->blocks;
536                     gen->blocks = gen->old_blocks;
537                 }
538             }
539             // add the new blocks to the block tally
540             gen->n_blocks += gen->n_old_blocks;
541             ASSERT(countBlocks(gen->blocks) == gen->n_blocks);
542             ASSERT(countOccupied(gen->blocks) == gen->n_words);
543         }
544         else // not copacted
545         {
546             freeChain(gen->old_blocks);
547         }
548
549         gen->old_blocks = NULL;
550         gen->n_old_blocks = 0;
551
552         /* LARGE OBJECTS.  The current live large objects are chained on
553          * scavenged_large, having been moved during garbage
554          * collection from large_objects.  Any objects left on the
555          * large_objects list are therefore dead, so we free them here.
556          */
557         freeChain(gen->large_objects);
558         gen->large_objects  = gen->scavenged_large_objects;
559         gen->n_large_blocks = gen->n_scavenged_large_blocks;
560         gen->n_new_large_words = 0;
561     }
562     else // for generations > N
563     {
564         /* For older generations, we need to append the
565          * scavenged_large_object list (i.e. large objects that have been
566          * promoted during this GC) to the large_object list for that step.
567          */
568         for (bd = gen->scavenged_large_objects; bd; bd = next) {
569             next = bd->link;
570             dbl_link_onto(bd, &gen->large_objects);
571         }
572         
573         // add the new blocks we promoted during this GC 
574         gen->n_large_blocks += gen->n_scavenged_large_blocks;
575     }
576
577     ASSERT(countBlocks(gen->large_objects) == gen->n_large_blocks);
578
579     gen->scavenged_large_objects = NULL;
580     gen->n_scavenged_large_blocks = 0;
581
582     // Count "live" data
583     live_words  += genLiveWords(gen);
584     live_blocks += genLiveBlocks(gen);
585
586     // add in the partial blocks in the gen_workspaces, but ignore gen 0
587     // if this is a local GC (we can't count another capability's part_list)
588     {
589         nat i;
590         for (i = 0; i < n_capabilities; i++) {
591             live_words  += gcThreadLiveWords(i, gen->no);
592             live_blocks += gcThreadLiveBlocks(i, gen->no);
593         }
594     }
595   } // for all generations
596
597   // update the max size of older generations after a major GC
598   resize_generations();
599   
600   // Start a new pinned_object_block
601   for (n = 0; n < n_capabilities; n++) {
602       capabilities[n].pinned_object_block = NULL;
603   }
604
605   // Free the mark stack.
606   if (mark_stack_top_bd != NULL) {
607       debugTrace(DEBUG_gc, "mark stack: %d blocks",
608                  countBlocks(mark_stack_top_bd));
609       freeChain(mark_stack_top_bd);
610   }
611
612   // Free any bitmaps.
613   for (g = 0; g <= N; g++) {
614       gen = &generations[g];
615       if (gen->bitmap != NULL) {
616           freeGroup(gen->bitmap);
617           gen->bitmap = NULL;
618       }
619   }
620
621   // Reset the nursery: make the blocks empty
622   allocated += clearNurseries();
623
624   resize_nursery();
625
626   resetNurseries();
627
628  // mark the garbage collected CAFs as dead
629 #if 0 && defined(DEBUG) // doesn't work at the moment 
630   if (major_gc) { gcCAFs(); }
631 #endif
632   
633 #ifdef PROFILING
634   // resetStaticObjectForRetainerProfiling() must be called before
635   // zeroing below.
636   if (n_gc_threads > 1) {
637       barf("profiling is currently broken with multi-threaded GC");
638       // ToDo: fix the gct->scavenged_static_objects below
639   }
640   resetStaticObjectForRetainerProfiling(gct->scavenged_static_objects);
641 #endif
642
643   // zero the scavenged static object list 
644   if (major_gc) {
645       nat i;
646       if (n_gc_threads == 1) {
647           zero_static_object_list(gct->scavenged_static_objects);
648       } else {
649           for (i = 0; i < n_gc_threads; i++) {
650               zero_static_object_list(gc_threads[i]->scavenged_static_objects);
651           }
652       }
653   }
654
655   // Update the stable pointer hash table.
656   updateStablePtrTable(major_gc);
657
658   // unlock the StablePtr table.  Must be before scheduleFinalizers(),
659   // because a finalizer may call hs_free_fun_ptr() or
660   // hs_free_stable_ptr(), both of which access the StablePtr table.
661   stablePtrPostGC();
662
663   // Start any pending finalizers.  Must be after
664   // updateStablePtrTable() and stablePtrPostGC() (see #4221).
665   RELEASE_SM_LOCK;
666   scheduleFinalizers(cap, old_weak_ptr_list);
667   ACQUIRE_SM_LOCK;
668
669   // check sanity after GC
670   // before resurrectThreads(), because that might overwrite some
671   // closures, which will cause problems with THREADED where we don't
672   // fill slop.
673   IF_DEBUG(sanity, checkSanity(rtsTrue /* after GC */, major_gc));
674
675   // send exceptions to any threads which were about to die
676   RELEASE_SM_LOCK;
677   resurrectThreads(resurrected_threads);
678   ACQUIRE_SM_LOCK;
679
680   if (major_gc) {
681       nat need, got;
682       need = BLOCKS_TO_MBLOCKS(n_alloc_blocks);
683       got = mblocks_allocated;
684       /* If the amount of data remains constant, next major GC we'll
685          require (F+1)*need. We leave (F+2)*need in order to reduce
686          repeated deallocation and reallocation. */
687       need = (RtsFlags.GcFlags.oldGenFactor + 2) * need;
688       if (got > need) {
689           returnMemoryToOS(got - need);
690       }
691   }
692
693   // extra GC trace info
694   IF_DEBUG(gc, statDescribeGens());
695
696 #ifdef DEBUG
697   // symbol-table based profiling 
698   /*  heapCensus(to_blocks); */ /* ToDo */
699 #endif
700
701   // restore enclosing cost centre 
702 #ifdef PROFILING
703   CCCS = prev_CCS;
704 #endif
705
706 #ifdef DEBUG
707   // check for memory leaks if DEBUG is on 
708   memInventory(DEBUG_gc);
709 #endif
710
711 #ifdef RTS_GTK_FRONTPANEL
712   if (RtsFlags.GcFlags.frontpanel) {
713       updateFrontPanelAfterGC( N, live );
714   }
715 #endif
716
717   // ok, GC over: tell the stats department what happened. 
718   stat_endGC(gct, allocated, live_words,
719              copied, N, max_copied, avg_copied,
720              live_blocks * BLOCK_SIZE_W - live_words /* slop */);
721
722   // Guess which generation we'll collect *next* time
723   initialise_N(force_major_gc);
724
725 #if defined(RTS_USER_SIGNALS)
726   if (RtsFlags.MiscFlags.install_signal_handlers) {
727     // unblock signals again
728     unblockUserSignals();
729   }
730 #endif
731
732   RELEASE_SM_LOCK;
733
734   SET_GCT(saved_gct);
735 }
736
737 /* -----------------------------------------------------------------------------
738    Figure out which generation to collect, initialise N and major_gc.
739
740    Also returns the total number of blocks in generations that will be
741    collected.
742    -------------------------------------------------------------------------- */
743
744 static nat
745 initialise_N (rtsBool force_major_gc)
746 {
747     int g;
748     nat blocks, blocks_total;
749
750     blocks = 0;
751     blocks_total = 0;
752
753     if (force_major_gc) {
754         N = RtsFlags.GcFlags.generations - 1;
755     } else {
756         N = 0;
757     }
758
759     for (g = RtsFlags.GcFlags.generations - 1; g >= 0; g--) {
760
761         blocks = generations[g].n_words / BLOCK_SIZE_W
762                + generations[g].n_large_blocks;
763
764         if (blocks >= generations[g].max_blocks) {
765             N = stg_max(N,g);
766         }
767         if ((nat)g <= N) {
768             blocks_total += blocks;
769         }
770     }
771
772     blocks_total += countNurseryBlocks();
773
774     major_gc = (N == RtsFlags.GcFlags.generations-1);
775     return blocks_total;
776 }
777
778 /* -----------------------------------------------------------------------------
779    Initialise the gc_thread structures.
780    -------------------------------------------------------------------------- */
781
782 #define GC_THREAD_INACTIVE             0
783 #define GC_THREAD_STANDING_BY          1
784 #define GC_THREAD_RUNNING              2
785 #define GC_THREAD_WAITING_TO_CONTINUE  3
786
787 static void
788 new_gc_thread (nat n, gc_thread *t)
789 {
790     nat g;
791     gen_workspace *ws;
792
793     t->cap = &capabilities[n];
794
795 #ifdef THREADED_RTS
796     t->id = 0;
797     initSpinLock(&t->gc_spin);
798     initSpinLock(&t->mut_spin);
799     ACQUIRE_SPIN_LOCK(&t->gc_spin);
800     t->wakeup = GC_THREAD_INACTIVE;  // starts true, so we can wait for the
801                           // thread to start up, see wakeup_gc_threads
802 #endif
803
804     t->thread_index = n;
805     t->free_blocks = NULL;
806     t->gc_count = 0;
807
808     init_gc_thread(t);
809     
810 #ifdef USE_PAPI
811     t->papi_events = -1;
812 #endif
813
814     for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++)
815     {
816         ws = &t->gens[g];
817         ws->gen = &generations[g];
818         ASSERT(g == ws->gen->no);
819         ws->my_gct = t;
820         
821         // We want to call
822         //   alloc_todo_block(ws,0);
823         // but can't, because it uses gct which isn't set up at this point.
824         // Hence, allocate a block for todo_bd manually:
825         {
826             bdescr *bd = allocBlock(); // no lock, locks aren't initialised yet
827             initBdescr(bd, ws->gen, ws->gen->to);
828             bd->flags = BF_EVACUATED;
829             bd->u.scan = bd->free = bd->start;
830
831             ws->todo_bd = bd;
832             ws->todo_free = bd->free;
833             ws->todo_lim = bd->start + BLOCK_SIZE_W;
834         }
835
836         ws->todo_q = newWSDeque(128);
837         ws->todo_overflow = NULL;
838         ws->n_todo_overflow = 0;
839         ws->todo_large_objects = NULL;
840
841         ws->part_list = NULL;
842         ws->n_part_blocks = 0;
843
844         ws->scavd_list = NULL;
845         ws->n_scavd_blocks = 0;
846     }
847 }
848
849
850 void
851 initGcThreads (void)
852 {
853     if (gc_threads == NULL) {
854 #if defined(THREADED_RTS)
855         nat i;
856         gc_threads = stgMallocBytes (RtsFlags.ParFlags.nNodes * 
857                                      sizeof(gc_thread*), 
858                                      "alloc_gc_threads");
859
860         for (i = 0; i < RtsFlags.ParFlags.nNodes; i++) {
861             gc_threads[i] = 
862                 stgMallocBytes(sizeof(gc_thread) + 
863                                RtsFlags.GcFlags.generations * sizeof(gen_workspace),
864                                "alloc_gc_threads");
865
866             new_gc_thread(i, gc_threads[i]);
867         }
868 #else
869         gc_threads = stgMallocBytes (sizeof(gc_thread*),"alloc_gc_threads");
870         gc_threads[0] = gct;
871         new_gc_thread(0,gc_threads[0]);
872 #endif
873     }
874 }
875
876 void
877 freeGcThreads (void)
878 {
879     nat g;
880     if (gc_threads != NULL) {
881 #if defined(THREADED_RTS)
882         nat i;
883         for (i = 0; i < n_capabilities; i++) {
884             for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++)
885             {
886                 freeWSDeque(gc_threads[i]->gens[g].todo_q);
887             }
888             stgFree (gc_threads[i]);
889         }
890         stgFree (gc_threads);
891 #else
892         for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++)
893         {
894             freeWSDeque(gc_threads[0]->gens[g].todo_q);
895         }
896         stgFree (gc_threads);
897 #endif
898         gc_threads = NULL;
899     }
900 }
901
902 /* ----------------------------------------------------------------------------
903    Start GC threads
904    ------------------------------------------------------------------------- */
905
906 static volatile StgWord gc_running_threads;
907
908 static StgWord
909 inc_running (void)
910 {
911     StgWord new;
912     new = atomic_inc(&gc_running_threads);
913     ASSERT(new <= n_gc_threads);
914     return new;
915 }
916
917 static StgWord
918 dec_running (void)
919 {
920     ASSERT(gc_running_threads != 0);
921     return atomic_dec(&gc_running_threads);
922 }
923
924 static rtsBool
925 any_work (void)
926 {
927     int g;
928     gen_workspace *ws;
929
930     gct->any_work++;
931
932     write_barrier();
933
934     // scavenge objects in compacted generation
935     if (mark_stack_bd != NULL && !mark_stack_empty()) {
936         return rtsTrue;
937     }
938     
939     // Check for global work in any step.  We don't need to check for
940     // local work, because we have already exited scavenge_loop(),
941     // which means there is no local work for this thread.
942     for (g = 0; g < (int)RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
943         ws = &gct->gens[g];
944         if (ws->todo_large_objects) return rtsTrue;
945         if (!looksEmptyWSDeque(ws->todo_q)) return rtsTrue;
946         if (ws->todo_overflow) return rtsTrue;
947     }
948
949 #if defined(THREADED_RTS)
950     if (work_stealing) {
951         nat n;
952         // look for work to steal
953         for (n = 0; n < n_gc_threads; n++) {
954             if (n == gct->thread_index) continue;
955             for (g = RtsFlags.GcFlags.generations-1; g >= 0; g--) {
956                 ws = &gc_threads[n]->gens[g];
957                 if (!looksEmptyWSDeque(ws->todo_q)) return rtsTrue;
958             }
959         }
960     }
961 #endif
962
963     gct->no_work++;
964 #if defined(THREADED_RTS)
965     yieldThread();
966 #endif
967
968     return rtsFalse;
969 }    
970
971 static void
972 scavenge_until_all_done (void)
973 {
974     nat r;
975         
976
977 loop:
978 #if defined(THREADED_RTS)
979     if (n_gc_threads > 1) {
980         scavenge_loop();
981     } else {
982         scavenge_loop1();
983     }
984 #else
985     scavenge_loop();
986 #endif
987
988     collect_gct_blocks();
989
990     // scavenge_loop() only exits when there's no work to do
991     r = dec_running();
992     
993     traceEventGcIdle(gct->cap);
994
995     debugTrace(DEBUG_gc, "%d GC threads still running", r);
996     
997     while (gc_running_threads != 0) {
998         // usleep(1);
999         if (any_work()) {
1000             inc_running();
1001             traceEventGcWork(gct->cap);
1002             goto loop;
1003         }
1004         // any_work() does not remove the work from the queue, it
1005         // just checks for the presence of work.  If we find any,
1006         // then we increment gc_running_threads and go back to 
1007         // scavenge_loop() to perform any pending work.
1008     }
1009     
1010     traceEventGcDone(gct->cap);
1011 }
1012
1013 #if defined(THREADED_RTS)
1014
1015 void
1016 gcWorkerThread (Capability *cap)
1017 {
1018     gc_thread *saved_gct;
1019
1020     // necessary if we stole a callee-saves register for gct:
1021     saved_gct = gct;
1022
1023     gct = gc_threads[cap->no];
1024     gct->id = osThreadId();
1025
1026     stat_gcWorkerThreadStart(gct);
1027
1028     // Wait until we're told to wake up
1029     RELEASE_SPIN_LOCK(&gct->mut_spin);
1030     gct->wakeup = GC_THREAD_STANDING_BY;
1031     debugTrace(DEBUG_gc, "GC thread %d standing by...", gct->thread_index);
1032     ACQUIRE_SPIN_LOCK(&gct->gc_spin);
1033     
1034 #ifdef USE_PAPI
1035     // start performance counters in this thread...
1036     if (gct->papi_events == -1) {
1037         papi_init_eventset(&gct->papi_events);
1038     }
1039     papi_thread_start_gc1_count(gct->papi_events);
1040 #endif
1041
1042     init_gc_thread(gct);
1043
1044     traceEventGcWork(gct->cap);
1045
1046     // Every thread evacuates some roots.
1047     gct->evac_gen_no = 0;
1048     markCapability(mark_root, gct, cap, rtsTrue/*prune sparks*/);
1049     scavenge_capability_mut_lists(cap);
1050
1051     scavenge_until_all_done();
1052     
1053 #ifdef THREADED_RTS
1054     // Now that the whole heap is marked, we discard any sparks that
1055     // were found to be unreachable.  The main GC thread is currently
1056     // marking heap reachable via weak pointers, so it is
1057     // non-deterministic whether a spark will be retained if it is
1058     // only reachable via weak pointers.  To fix this problem would
1059     // require another GC barrier, which is too high a price.
1060     pruneSparkQueue(cap);
1061 #endif
1062
1063 #ifdef USE_PAPI
1064     // count events in this thread towards the GC totals
1065     papi_thread_stop_gc1_count(gct->papi_events);
1066 #endif
1067
1068     // Wait until we're told to continue
1069     RELEASE_SPIN_LOCK(&gct->gc_spin);
1070     gct->wakeup = GC_THREAD_WAITING_TO_CONTINUE;
1071     debugTrace(DEBUG_gc, "GC thread %d waiting to continue...", 
1072                gct->thread_index);
1073     ACQUIRE_SPIN_LOCK(&gct->mut_spin);
1074     debugTrace(DEBUG_gc, "GC thread %d on my way...", gct->thread_index);
1075
1076     // record the time spent doing GC in the Task structure
1077     stat_gcWorkerThreadDone(gct);
1078
1079     SET_GCT(saved_gct);
1080 }
1081
1082 #endif
1083
1084 #if defined(THREADED_RTS)
1085
1086 void
1087 waitForGcThreads (Capability *cap USED_IF_THREADS)
1088 {
1089     const nat n_threads = RtsFlags.ParFlags.nNodes;
1090     const nat me = cap->no;
1091     nat i, j;
1092     rtsBool retry = rtsTrue;
1093
1094     while(retry) {
1095         for (i=0; i < n_threads; i++) {
1096             if (i == me) continue;
1097             if (gc_threads[i]->wakeup != GC_THREAD_STANDING_BY) {
1098                 prodCapability(&capabilities[i], cap->running_task);
1099             }
1100         }
1101         for (j=0; j < 10; j++) {
1102             retry = rtsFalse;
1103             for (i=0; i < n_threads; i++) {
1104                 if (i == me) continue;
1105                 write_barrier();
1106                 setContextSwitches();
1107                 if (gc_threads[i]->wakeup != GC_THREAD_STANDING_BY) {
1108                     retry = rtsTrue;
1109                 }
1110             }
1111             if (!retry) break;
1112             yieldThread();
1113         }
1114     }
1115 }
1116
1117 #endif // THREADED_RTS
1118
1119 static void
1120 start_gc_threads (void)
1121 {
1122 #if defined(THREADED_RTS)
1123     gc_running_threads = 0;
1124 #endif
1125 }
1126
1127 static void
1128 wakeup_gc_threads (nat me USED_IF_THREADS)
1129 {
1130 #if defined(THREADED_RTS)
1131     nat i;
1132
1133     if (n_gc_threads == 1) return;
1134
1135     for (i=0; i < n_gc_threads; i++) {
1136         if (i == me) continue;
1137         inc_running();
1138         debugTrace(DEBUG_gc, "waking up gc thread %d", i);
1139         if (gc_threads[i]->wakeup != GC_THREAD_STANDING_BY) barf("wakeup_gc_threads");
1140
1141         gc_threads[i]->wakeup = GC_THREAD_RUNNING;
1142         ACQUIRE_SPIN_LOCK(&gc_threads[i]->mut_spin);
1143         RELEASE_SPIN_LOCK(&gc_threads[i]->gc_spin);
1144     }
1145 #endif
1146 }
1147
1148 // After GC is complete, we must wait for all GC threads to enter the
1149 // standby state, otherwise they may still be executing inside
1150 // any_work(), and may even remain awake until the next GC starts.
1151 static void
1152 shutdown_gc_threads (nat me USED_IF_THREADS)
1153 {
1154 #if defined(THREADED_RTS)
1155     nat i;
1156
1157     if (n_gc_threads == 1) return;
1158
1159     for (i=0; i < n_gc_threads; i++) {
1160         if (i == me) continue;
1161         while (gc_threads[i]->wakeup != GC_THREAD_WAITING_TO_CONTINUE) { write_barrier(); }
1162     }
1163 #endif
1164 }
1165
1166 #if defined(THREADED_RTS)
1167 void
1168 releaseGCThreads (Capability *cap USED_IF_THREADS)
1169 {
1170     const nat n_threads = RtsFlags.ParFlags.nNodes;
1171     const nat me = cap->no;
1172     nat i;
1173     for (i=0; i < n_threads; i++) {
1174         if (i == me) continue;
1175         if (gc_threads[i]->wakeup != GC_THREAD_WAITING_TO_CONTINUE) 
1176             barf("releaseGCThreads");
1177         
1178         gc_threads[i]->wakeup = GC_THREAD_INACTIVE;
1179         ACQUIRE_SPIN_LOCK(&gc_threads[i]->gc_spin);
1180         RELEASE_SPIN_LOCK(&gc_threads[i]->mut_spin);
1181     }
1182 }
1183 #endif
1184
1185 /* ----------------------------------------------------------------------------
1186    Initialise a generation that is to be collected 
1187    ------------------------------------------------------------------------- */
1188
1189 static void
1190 prepare_collected_gen (generation *gen)
1191 {
1192     nat i, g, n;
1193     gen_workspace *ws;
1194     bdescr *bd, *next;
1195
1196     // Throw away the current mutable list.  Invariant: the mutable
1197     // list always has at least one block; this means we can avoid a
1198     // check for NULL in recordMutable().
1199     g = gen->no;
1200     if (g != 0) {
1201         for (i = 0; i < n_capabilities; i++) {
1202             freeChain(capabilities[i].mut_lists[g]);
1203             capabilities[i].mut_lists[g] = allocBlock();
1204         }
1205     }
1206
1207     gen = &generations[g];
1208     ASSERT(gen->no == g);
1209
1210     // we'll construct a new list of threads in this step
1211     // during GC, throw away the current list.
1212     gen->old_threads = gen->threads;
1213     gen->threads = END_TSO_QUEUE;
1214
1215     // deprecate the existing blocks
1216     gen->old_blocks   = gen->blocks;
1217     gen->n_old_blocks = gen->n_blocks;
1218     gen->blocks       = NULL;
1219     gen->n_blocks     = 0;
1220     gen->n_words      = 0;
1221     gen->live_estimate = 0;
1222
1223     // initialise the large object queues.
1224     ASSERT(gen->scavenged_large_objects == NULL);
1225     ASSERT(gen->n_scavenged_large_blocks == 0);
1226
1227     // grab all the partial blocks stashed in the gc_thread workspaces and
1228     // move them to the old_blocks list of this gen.
1229     for (n = 0; n < n_capabilities; n++) {
1230         ws = &gc_threads[n]->gens[gen->no];
1231
1232         for (bd = ws->part_list; bd != NULL; bd = next) {
1233             next = bd->link;
1234             bd->link = gen->old_blocks;
1235             gen->old_blocks = bd;
1236             gen->n_old_blocks += bd->blocks;
1237         }
1238         ws->part_list = NULL;
1239         ws->n_part_blocks = 0;
1240
1241         ASSERT(ws->scavd_list == NULL);
1242         ASSERT(ws->n_scavd_blocks == 0);
1243
1244         if (ws->todo_free != ws->todo_bd->start) {
1245             ws->todo_bd->free = ws->todo_free;
1246             ws->todo_bd->link = gen->old_blocks;
1247             gen->old_blocks = ws->todo_bd;
1248             gen->n_old_blocks += ws->todo_bd->blocks;
1249             alloc_todo_block(ws,0); // always has one block.
1250         }
1251     }
1252
1253     // mark the small objects as from-space
1254     for (bd = gen->old_blocks; bd; bd = bd->link) {
1255         bd->flags &= ~BF_EVACUATED;
1256     }
1257     
1258     // mark the large objects as from-space
1259     for (bd = gen->large_objects; bd; bd = bd->link) {
1260         bd->flags &= ~BF_EVACUATED;
1261     }
1262
1263     // for a compacted generation, we need to allocate the bitmap
1264     if (gen->mark) {
1265         nat bitmap_size; // in bytes
1266         bdescr *bitmap_bdescr;
1267         StgWord *bitmap;
1268         
1269         bitmap_size = gen->n_old_blocks * BLOCK_SIZE / (sizeof(W_)*BITS_PER_BYTE);
1270         
1271         if (bitmap_size > 0) {
1272             bitmap_bdescr = allocGroup((lnat)BLOCK_ROUND_UP(bitmap_size) 
1273                                        / BLOCK_SIZE);
1274             gen->bitmap = bitmap_bdescr;
1275             bitmap = bitmap_bdescr->start;
1276             
1277             debugTrace(DEBUG_gc, "bitmap_size: %d, bitmap: %p",
1278                        bitmap_size, bitmap);
1279             
1280             // don't forget to fill it with zeros!
1281             memset(bitmap, 0, bitmap_size);
1282             
1283             // For each block in this step, point to its bitmap from the
1284             // block descriptor.
1285             for (bd=gen->old_blocks; bd != NULL; bd = bd->link) {
1286                 bd->u.bitmap = bitmap;
1287                 bitmap += BLOCK_SIZE_W / (sizeof(W_)*BITS_PER_BYTE);
1288                 
1289                 // Also at this point we set the BF_MARKED flag
1290                 // for this block.  The invariant is that
1291                 // BF_MARKED is always unset, except during GC
1292                 // when it is set on those blocks which will be
1293                 // compacted.
1294                 if (!(bd->flags & BF_FRAGMENTED)) {
1295                     bd->flags |= BF_MARKED;
1296                 }
1297
1298                 // BF_SWEPT should be marked only for blocks that are being
1299                 // collected in sweep()
1300                 bd->flags &= ~BF_SWEPT;
1301             }
1302         }
1303     }
1304 }
1305
1306
1307 /* ----------------------------------------------------------------------------
1308    Save the mutable lists in saved_mut_lists
1309    ------------------------------------------------------------------------- */
1310
1311 static void
1312 stash_mut_list (Capability *cap, nat gen_no)
1313 {
1314     cap->saved_mut_lists[gen_no] = cap->mut_lists[gen_no];
1315     cap->mut_lists[gen_no] = allocBlock_sync();
1316 }
1317
1318 /* ----------------------------------------------------------------------------
1319    Initialise a generation that is *not* to be collected 
1320    ------------------------------------------------------------------------- */
1321
1322 static void
1323 prepare_uncollected_gen (generation *gen)
1324 {
1325     nat i;
1326
1327
1328     ASSERT(gen->no > 0);
1329
1330     // save the current mutable lists for this generation, and
1331     // allocate a fresh block for each one.  We'll traverse these
1332     // mutable lists as roots early on in the GC.
1333     for (i = 0; i < n_capabilities; i++) {
1334         stash_mut_list(&capabilities[i], gen->no);
1335     }
1336
1337     ASSERT(gen->scavenged_large_objects == NULL);
1338     ASSERT(gen->n_scavenged_large_blocks == 0);
1339 }
1340
1341 /* -----------------------------------------------------------------------------
1342    Collect the completed blocks from a GC thread and attach them to
1343    the generation.
1344    -------------------------------------------------------------------------- */
1345
1346 static void
1347 collect_gct_blocks (void)
1348 {
1349     nat g;
1350     gen_workspace *ws;
1351     bdescr *bd, *prev;
1352     
1353     for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
1354         ws = &gct->gens[g];
1355         
1356         // there may still be a block attached to ws->todo_bd;
1357         // leave it there to use next time.
1358
1359         if (ws->scavd_list != NULL) {
1360             ACQUIRE_SPIN_LOCK(&ws->gen->sync);
1361
1362             ASSERT(gct->scan_bd == NULL);
1363             ASSERT(countBlocks(ws->scavd_list) == ws->n_scavd_blocks);
1364         
1365             prev = NULL;
1366             for (bd = ws->scavd_list; bd != NULL; bd = bd->link) {
1367                 ws->gen->n_words += bd->free - bd->start;
1368                 prev = bd;
1369             }
1370             if (prev != NULL) {
1371                 prev->link = ws->gen->blocks;
1372                 ws->gen->blocks = ws->scavd_list;
1373             } 
1374             ws->gen->n_blocks += ws->n_scavd_blocks;
1375
1376             ws->scavd_list = NULL;
1377             ws->n_scavd_blocks = 0;
1378
1379             RELEASE_SPIN_LOCK(&ws->gen->sync);
1380         }
1381     }
1382 }
1383
1384 /* -----------------------------------------------------------------------------
1385    Initialise a gc_thread before GC
1386    -------------------------------------------------------------------------- */
1387
1388 static void
1389 init_gc_thread (gc_thread *t)
1390 {
1391     t->static_objects = END_OF_STATIC_LIST;
1392     t->scavenged_static_objects = END_OF_STATIC_LIST;
1393     t->scan_bd = NULL;
1394     t->mut_lists = t->cap->mut_lists;
1395     t->evac_gen_no = 0;
1396     t->failed_to_evac = rtsFalse;
1397     t->eager_promotion = rtsTrue;
1398     t->thunk_selector_depth = 0;
1399     t->copied = 0;
1400     t->scanned = 0;
1401     t->any_work = 0;
1402     t->no_work = 0;
1403     t->scav_find_work = 0;
1404 }
1405
1406 /* -----------------------------------------------------------------------------
1407    Function we pass to evacuate roots.
1408    -------------------------------------------------------------------------- */
1409
1410 static void
1411 mark_root(void *user USED_IF_THREADS, StgClosure **root)
1412 {
1413     // we stole a register for gct, but this function is called from
1414     // *outside* the GC where the register variable is not in effect,
1415     // so we need to save and restore it here.  NB. only call
1416     // mark_root() from the main GC thread, otherwise gct will be
1417     // incorrect.
1418     gc_thread *saved_gct;
1419     saved_gct = gct;
1420     SET_GCT(user);
1421     
1422     evacuate(root);
1423     
1424     SET_GCT(saved_gct);
1425 }
1426
1427 /* -----------------------------------------------------------------------------
1428    Initialising the static object & mutable lists
1429    -------------------------------------------------------------------------- */
1430
1431 static void
1432 zero_static_object_list(StgClosure* first_static)
1433 {
1434   StgClosure* p;
1435   StgClosure* link;
1436   const StgInfoTable *info;
1437
1438   for (p = first_static; p != END_OF_STATIC_LIST; p = link) {
1439     info = get_itbl(p);
1440     link = *STATIC_LINK(info, p);
1441     *STATIC_LINK(info,p) = NULL;
1442   }
1443 }
1444
1445 /* ----------------------------------------------------------------------------
1446    Reset the sizes of the older generations when we do a major
1447    collection.
1448   
1449    CURRENT STRATEGY: make all generations except zero the same size.
1450    We have to stay within the maximum heap size, and leave a certain
1451    percentage of the maximum heap size available to allocate into.
1452    ------------------------------------------------------------------------- */
1453
1454 static void
1455 resize_generations (void)
1456 {
1457     nat g;
1458
1459     if (major_gc && RtsFlags.GcFlags.generations > 1) {
1460         nat live, size, min_alloc, words;
1461         const nat max  = RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize;
1462         const nat gens = RtsFlags.GcFlags.generations;
1463         
1464         // live in the oldest generations
1465         if (oldest_gen->live_estimate != 0) {
1466             words = oldest_gen->live_estimate;
1467         } else {
1468             words = oldest_gen->n_words;
1469         }
1470         live = (words + BLOCK_SIZE_W - 1) / BLOCK_SIZE_W +
1471             oldest_gen->n_large_blocks;
1472         
1473         // default max size for all generations except zero
1474         size = stg_max(live * RtsFlags.GcFlags.oldGenFactor,
1475                        RtsFlags.GcFlags.minOldGenSize);
1476         
1477         if (RtsFlags.GcFlags.heapSizeSuggestionAuto) {
1478             RtsFlags.GcFlags.heapSizeSuggestion = size;
1479         }
1480
1481         // minimum size for generation zero
1482         min_alloc = stg_max((RtsFlags.GcFlags.pcFreeHeap * max) / 200,
1483                             RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize);
1484
1485         // Auto-enable compaction when the residency reaches a
1486         // certain percentage of the maximum heap size (default: 30%).
1487         if (RtsFlags.GcFlags.compact ||
1488             (max > 0 &&
1489              oldest_gen->n_blocks > 
1490              (RtsFlags.GcFlags.compactThreshold * max) / 100)) {
1491             oldest_gen->mark = 1;
1492             oldest_gen->compact = 1;
1493 //        debugBelch("compaction: on\n", live);
1494         } else {
1495             oldest_gen->mark = 0;
1496             oldest_gen->compact = 0;
1497 //        debugBelch("compaction: off\n", live);
1498         }
1499
1500         if (RtsFlags.GcFlags.sweep) {
1501             oldest_gen->mark = 1;
1502         }
1503
1504         // if we're going to go over the maximum heap size, reduce the
1505         // size of the generations accordingly.  The calculation is
1506         // different if compaction is turned on, because we don't need
1507         // to double the space required to collect the old generation.
1508         if (max != 0) {
1509             
1510             // this test is necessary to ensure that the calculations
1511             // below don't have any negative results - we're working
1512             // with unsigned values here.
1513             if (max < min_alloc) {
1514                 heapOverflow();
1515             }
1516             
1517             if (oldest_gen->compact) {
1518                 if ( (size + (size - 1) * (gens - 2) * 2) + min_alloc > max ) {
1519                     size = (max - min_alloc) / ((gens - 1) * 2 - 1);
1520                 }
1521             } else {
1522                 if ( (size * (gens - 1) * 2) + min_alloc > max ) {
1523                     size = (max - min_alloc) / ((gens - 1) * 2);
1524                 }
1525             }
1526             
1527             if (size < live) {
1528                 heapOverflow();
1529             }
1530         }
1531         
1532 #if 0
1533         debugBelch("live: %d, min_alloc: %d, size : %d, max = %d\n", live,
1534                    min_alloc, size, max);
1535 #endif
1536         
1537         for (g = 0; g < gens; g++) {
1538             generations[g].max_blocks = size;
1539         }
1540     }
1541 }
1542
1543 /* -----------------------------------------------------------------------------
1544    Calculate the new size of the nursery, and resize it.
1545    -------------------------------------------------------------------------- */
1546
1547 static void
1548 resize_nursery (void)
1549 {
1550     const lnat min_nursery = RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize * n_capabilities;
1551
1552     if (RtsFlags.GcFlags.generations == 1)
1553     {   // Two-space collector:
1554         nat blocks;
1555     
1556         /* set up a new nursery.  Allocate a nursery size based on a
1557          * function of the amount of live data (by default a factor of 2)
1558          * Use the blocks from the old nursery if possible, freeing up any
1559          * left over blocks.
1560          *
1561          * If we get near the maximum heap size, then adjust our nursery
1562          * size accordingly.  If the nursery is the same size as the live
1563          * data (L), then we need 3L bytes.  We can reduce the size of the
1564          * nursery to bring the required memory down near 2L bytes.
1565          * 
1566          * A normal 2-space collector would need 4L bytes to give the same
1567          * performance we get from 3L bytes, reducing to the same
1568          * performance at 2L bytes.
1569          */
1570         blocks = generations[0].n_blocks;
1571         
1572         if ( RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize != 0 &&
1573              blocks * RtsFlags.GcFlags.oldGenFactor * 2 > 
1574              RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize )
1575         {
1576             long adjusted_blocks;  // signed on purpose 
1577             int pc_free; 
1578             
1579             adjusted_blocks = (RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize - 2 * blocks);
1580             
1581             debugTrace(DEBUG_gc, "near maximum heap size of 0x%x blocks, blocks = %d, adjusted to %ld", 
1582                        RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize, blocks, adjusted_blocks);
1583             
1584             pc_free = adjusted_blocks * 100 / RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize;
1585             if (pc_free < RtsFlags.GcFlags.pcFreeHeap) /* might even * be < 0 */
1586             {
1587                 heapOverflow();
1588             }
1589             blocks = adjusted_blocks;
1590         }
1591         else
1592         {
1593             blocks *= RtsFlags.GcFlags.oldGenFactor;
1594             if (blocks < min_nursery)
1595             {
1596                 blocks = min_nursery;
1597             }
1598         }
1599         resizeNurseries(blocks);
1600     }
1601     else  // Generational collector
1602     {
1603         /* 
1604          * If the user has given us a suggested heap size, adjust our
1605          * allocation area to make best use of the memory available.
1606          */
1607         if (RtsFlags.GcFlags.heapSizeSuggestion)
1608         {
1609             long blocks;
1610             const nat needed = calcNeeded();    // approx blocks needed at next GC 
1611             
1612             /* Guess how much will be live in generation 0 step 0 next time.
1613              * A good approximation is obtained by finding the
1614              * percentage of g0 that was live at the last minor GC.
1615              *
1616              * We have an accurate figure for the amount of copied data in
1617              * 'copied', but we must convert this to a number of blocks, with
1618              * a small adjustment for estimated slop at the end of a block
1619              * (- 10 words).
1620              */
1621             if (N == 0)
1622             {
1623                 g0_pcnt_kept = ((copied / (BLOCK_SIZE_W - 10)) * 100)
1624                     / countNurseryBlocks();
1625             }
1626             
1627             /* Estimate a size for the allocation area based on the
1628              * information available.  We might end up going slightly under
1629              * or over the suggested heap size, but we should be pretty
1630              * close on average.
1631              *
1632              * Formula:            suggested - needed
1633              *                ----------------------------
1634              *                    1 + g0_pcnt_kept/100
1635              *
1636              * where 'needed' is the amount of memory needed at the next
1637              * collection for collecting all gens except g0.
1638              */
1639             blocks = 
1640                 (((long)RtsFlags.GcFlags.heapSizeSuggestion - (long)needed) * 100) /
1641                 (100 + (long)g0_pcnt_kept);
1642             
1643             if (blocks < (long)min_nursery) {
1644                 blocks = min_nursery;
1645             }
1646             
1647             resizeNurseries((nat)blocks);
1648         }
1649         else
1650         {
1651             // we might have added extra large blocks to the nursery, so
1652             // resize back to minAllocAreaSize again.
1653             resizeNurseriesFixed(RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize);
1654         }
1655     }
1656 }
1657
1658 /* -----------------------------------------------------------------------------
1659    Sanity code for CAF garbage collection.
1660
1661    With DEBUG turned on, we manage a CAF list in addition to the SRT
1662    mechanism.  After GC, we run down the CAF list and blackhole any
1663    CAFs which have been garbage collected.  This means we get an error
1664    whenever the program tries to enter a garbage collected CAF.
1665
1666    Any garbage collected CAFs are taken off the CAF list at the same
1667    time. 
1668    -------------------------------------------------------------------------- */
1669
1670 #if 0 && defined(DEBUG)
1671
1672 static void
1673 gcCAFs(void)
1674 {
1675   StgClosure*  p;
1676   StgClosure** pp;
1677   const StgInfoTable *info;
1678   nat i;
1679
1680   i = 0;
1681   p = caf_list;
1682   pp = &caf_list;
1683
1684   while (p != NULL) {
1685     
1686     info = get_itbl(p);
1687
1688     ASSERT(info->type == IND_STATIC);
1689
1690     if (STATIC_LINK(info,p) == NULL) {
1691         debugTrace(DEBUG_gccafs, "CAF gc'd at 0x%04lx", (long)p);
1692         // black hole it 
1693         SET_INFO(p,&stg_BLACKHOLE_info);
1694         p = STATIC_LINK2(info,p);
1695         *pp = p;
1696     }
1697     else {
1698       pp = &STATIC_LINK2(info,p);
1699       p = *pp;
1700       i++;
1701     }
1702
1703   }
1704
1705   debugTrace(DEBUG_gccafs, "%d CAFs live", i); 
1706 }
1707 #endif