fba30bbc16f4d8ef816ce37508d70ec4ba4599ad
[ghc-hetmet.git] / rts / sm / Storage.c
1 /* -----------------------------------------------------------------------------
2  *
3  * (c) The GHC Team, 1998-2006
4  *
5  * Storage manager front end
6  *
7  * Documentation on the architecture of the Storage Manager can be
8  * found in the online commentary:
9  * 
10  *   http://hackage.haskell.org/trac/ghc/wiki/Commentary/Rts/Storage
11  *
12  * ---------------------------------------------------------------------------*/
13
14 #include "PosixSource.h"
15 #include "Rts.h"
16 #include "RtsUtils.h"
17 #include "RtsFlags.h"
18 #include "Stats.h"
19 #include "Hooks.h"
20 #include "BlockAlloc.h"
21 #include "MBlock.h"
22 #include "Weak.h"
23 #include "Sanity.h"
24 #include "Arena.h"
25 #include "OSThreads.h"
26 #include "Capability.h"
27 #include "Storage.h"
28 #include "Schedule.h"
29 #include "RetainerProfile.h"    // for counting memory blocks (memInventory)
30 #include "OSMem.h"
31 #include "Trace.h"
32
33 #include <stdlib.h>
34 #include <string.h>
35
36 /* 
37  * All these globals require sm_mutex to access in THREADED_RTS mode.
38  */
39 StgClosure    *caf_list         = NULL;
40 StgClosure    *revertible_caf_list = NULL;
41 rtsBool       keepCAFs;
42
43 bdescr *small_alloc_list;       /* allocate()d small objects */
44 bdescr *pinned_object_block;    /* allocate pinned objects into this block */
45 nat alloc_blocks;               /* number of allocate()d blocks since GC */
46 nat alloc_blocks_lim;           /* approximate limit on alloc_blocks */
47
48 StgPtr alloc_Hp    = NULL;      /* next free byte in small_alloc_list */
49 StgPtr alloc_HpLim = NULL;      /* end of block at small_alloc_list   */
50
51 generation *generations = NULL; /* all the generations */
52 generation *g0          = NULL; /* generation 0, for convenience */
53 generation *oldest_gen  = NULL; /* oldest generation, for convenience */
54 step *g0s0              = NULL; /* generation 0, step 0, for convenience */
55
56 ullong total_allocated = 0;     /* total memory allocated during run */
57
58 nat n_nurseries         = 0;    /* == RtsFlags.ParFlags.nNodes, convenience */
59 step *nurseries         = NULL; /* array of nurseries, >1 only if THREADED_RTS */
60
61 #ifdef THREADED_RTS
62 /*
63  * Storage manager mutex:  protects all the above state from
64  * simultaneous access by two STG threads.
65  */
66 Mutex sm_mutex;
67 /*
68  * This mutex is used by atomicModifyMutVar# only
69  */
70 Mutex atomic_modify_mutvar_mutex;
71 #endif
72
73
74 /*
75  * Forward references
76  */
77 static void *stgAllocForGMP   (size_t size_in_bytes);
78 static void *stgReallocForGMP (void *ptr, size_t old_size, size_t new_size);
79 static void  stgDeallocForGMP (void *ptr, size_t size);
80
81 static void
82 initStep (step *stp, int g, int s)
83 {
84     stp->no = s;
85     stp->blocks = NULL;
86     stp->n_blocks = 0;
87     stp->old_blocks = NULL;
88     stp->n_old_blocks = 0;
89     stp->gen = &generations[g];
90     stp->gen_no = g;
91     stp->hp = NULL;
92     stp->hpLim = NULL;
93     stp->hp_bd = NULL;
94     stp->scavd_hp = NULL;
95     stp->scavd_hpLim = NULL;
96     stp->scan = NULL;
97     stp->scan_bd = NULL;
98     stp->large_objects = NULL;
99     stp->n_large_blocks = 0;
100     stp->new_large_objects = NULL;
101     stp->scavenged_large_objects = NULL;
102     stp->n_scavenged_large_blocks = 0;
103     stp->is_compacted = 0;
104     stp->bitmap = NULL;
105 }
106
107 void
108 initStorage( void )
109 {
110   nat g, s;
111   generation *gen;
112
113   if (generations != NULL) {
114       // multi-init protection
115       return;
116   }
117
118   /* Sanity check to make sure the LOOKS_LIKE_ macros appear to be
119    * doing something reasonable.
120    */
121   ASSERT(LOOKS_LIKE_INFO_PTR(&stg_BLACKHOLE_info));
122   ASSERT(LOOKS_LIKE_CLOSURE_PTR(&stg_dummy_ret_closure));
123   ASSERT(!HEAP_ALLOCED(&stg_dummy_ret_closure));
124   
125   if (RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize != 0 &&
126       RtsFlags.GcFlags.heapSizeSuggestion > 
127       RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize) {
128     RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize = RtsFlags.GcFlags.heapSizeSuggestion;
129   }
130
131   if (RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize != 0 &&
132       RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize > 
133       RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize) {
134       errorBelch("maximum heap size (-M) is smaller than minimum alloc area size (-A)");
135       RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize = RtsFlags.GcFlags.maxHeapSize;
136   }
137
138   initBlockAllocator();
139   
140 #if defined(THREADED_RTS)
141   initMutex(&sm_mutex);
142   initMutex(&atomic_modify_mutvar_mutex);
143 #endif
144
145   ACQUIRE_SM_LOCK;
146
147   /* allocate generation info array */
148   generations = (generation *)stgMallocBytes(RtsFlags.GcFlags.generations 
149                                              * sizeof(struct generation_),
150                                              "initStorage: gens");
151
152   /* Initialise all generations */
153   for(g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
154     gen = &generations[g];
155     gen->no = g;
156     gen->mut_list = allocBlock();
157     gen->collections = 0;
158     gen->failed_promotions = 0;
159     gen->max_blocks = 0;
160   }
161
162   /* A couple of convenience pointers */
163   g0 = &generations[0];
164   oldest_gen = &generations[RtsFlags.GcFlags.generations-1];
165
166   /* Allocate step structures in each generation */
167   if (RtsFlags.GcFlags.generations > 1) {
168     /* Only for multiple-generations */
169
170     /* Oldest generation: one step */
171     oldest_gen->n_steps = 1;
172     oldest_gen->steps = 
173       stgMallocBytes(1 * sizeof(struct step_), "initStorage: last step");
174
175     /* set up all except the oldest generation with 2 steps */
176     for(g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations-1; g++) {
177       generations[g].n_steps = RtsFlags.GcFlags.steps;
178       generations[g].steps  = 
179         stgMallocBytes (RtsFlags.GcFlags.steps * sizeof(struct step_),
180                         "initStorage: steps");
181     }
182     
183   } else {
184     /* single generation, i.e. a two-space collector */
185     g0->n_steps = 1;
186     g0->steps = stgMallocBytes (sizeof(struct step_), "initStorage: steps");
187   }
188
189 #ifdef THREADED_RTS
190   n_nurseries = n_capabilities;
191   nurseries = stgMallocBytes (n_nurseries * sizeof(struct step_),
192                               "initStorage: nurseries");
193 #else
194   n_nurseries = 1;
195   nurseries = g0->steps; // just share nurseries[0] with g0s0
196 #endif  
197
198   /* Initialise all steps */
199   for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
200     for (s = 0; s < generations[g].n_steps; s++) {
201         initStep(&generations[g].steps[s], g, s);
202     }
203   }
204   
205 #ifdef THREADED_RTS
206   for (s = 0; s < n_nurseries; s++) {
207       initStep(&nurseries[s], 0, s);
208   }
209 #endif
210   
211   /* Set up the destination pointers in each younger gen. step */
212   for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations-1; g++) {
213     for (s = 0; s < generations[g].n_steps-1; s++) {
214       generations[g].steps[s].to = &generations[g].steps[s+1];
215     }
216     generations[g].steps[s].to = &generations[g+1].steps[0];
217   }
218   oldest_gen->steps[0].to = &oldest_gen->steps[0];
219   
220 #ifdef THREADED_RTS
221   for (s = 0; s < n_nurseries; s++) {
222       nurseries[s].to = generations[0].steps[0].to;
223   }
224 #endif
225   
226   /* The oldest generation has one step. */
227   if (RtsFlags.GcFlags.compact) {
228       if (RtsFlags.GcFlags.generations == 1) {
229           errorBelch("WARNING: compaction is incompatible with -G1; disabled");
230       } else {
231           oldest_gen->steps[0].is_compacted = 1;
232       }
233   }
234
235 #ifdef THREADED_RTS
236   if (RtsFlags.GcFlags.generations == 1) {
237       errorBelch("-G1 is incompatible with -threaded");
238       stg_exit(EXIT_FAILURE);
239   }
240 #endif
241
242   /* generation 0 is special: that's the nursery */
243   generations[0].max_blocks = 0;
244
245   /* G0S0: the allocation area.  Policy: keep the allocation area
246    * small to begin with, even if we have a large suggested heap
247    * size.  Reason: we're going to do a major collection first, and we
248    * don't want it to be a big one.  This vague idea is borne out by 
249    * rigorous experimental evidence.
250    */
251   g0s0 = &generations[0].steps[0];
252
253   allocNurseries();
254
255   weak_ptr_list = NULL;
256   caf_list = NULL;
257   revertible_caf_list = NULL;
258    
259   /* initialise the allocate() interface */
260   small_alloc_list = NULL;
261   alloc_blocks = 0;
262   alloc_blocks_lim = RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize;
263
264   /* Tell GNU multi-precision pkg about our custom alloc functions */
265   mp_set_memory_functions(stgAllocForGMP, stgReallocForGMP, stgDeallocForGMP);
266
267   IF_DEBUG(gc, statDescribeGens());
268
269   RELEASE_SM_LOCK;
270 }
271
272 void
273 exitStorage (void)
274 {
275     stat_exit(calcAllocated());
276 }
277
278 void
279 freeStorage (void)
280 {
281     nat g;
282
283     for(g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++)
284       stgFree(generations[g].steps);
285     stgFree(generations);
286     freeAllMBlocks();
287 #if defined(THREADED_RTS)
288     closeMutex(&sm_mutex);
289     closeMutex(&atomic_modify_mutvar_mutex);
290 #endif
291 }
292
293 /* -----------------------------------------------------------------------------
294    CAF management.
295
296    The entry code for every CAF does the following:
297      
298       - builds a CAF_BLACKHOLE in the heap
299       - pushes an update frame pointing to the CAF_BLACKHOLE
300       - invokes UPD_CAF(), which:
301           - calls newCaf, below
302           - updates the CAF with a static indirection to the CAF_BLACKHOLE
303       
304    Why do we build a BLACKHOLE in the heap rather than just updating
305    the thunk directly?  It's so that we only need one kind of update
306    frame - otherwise we'd need a static version of the update frame too.
307
308    newCaf() does the following:
309        
310       - it puts the CAF on the oldest generation's mut-once list.
311         This is so that we can treat the CAF as a root when collecting
312         younger generations.
313
314    For GHCI, we have additional requirements when dealing with CAFs:
315
316       - we must *retain* all dynamically-loaded CAFs ever entered,
317         just in case we need them again.
318       - we must be able to *revert* CAFs that have been evaluated, to
319         their pre-evaluated form.
320
321       To do this, we use an additional CAF list.  When newCaf() is
322       called on a dynamically-loaded CAF, we add it to the CAF list
323       instead of the old-generation mutable list, and save away its
324       old info pointer (in caf->saved_info) for later reversion.
325
326       To revert all the CAFs, we traverse the CAF list and reset the
327       info pointer to caf->saved_info, then throw away the CAF list.
328       (see GC.c:revertCAFs()).
329
330       -- SDM 29/1/01
331
332    -------------------------------------------------------------------------- */
333
334 void
335 newCAF(StgClosure* caf)
336 {
337   ACQUIRE_SM_LOCK;
338
339   if(keepCAFs)
340   {
341     // HACK:
342     // If we are in GHCi _and_ we are using dynamic libraries,
343     // then we can't redirect newCAF calls to newDynCAF (see below),
344     // so we make newCAF behave almost like newDynCAF.
345     // The dynamic libraries might be used by both the interpreted
346     // program and GHCi itself, so they must not be reverted.
347     // This also means that in GHCi with dynamic libraries, CAFs are not
348     // garbage collected. If this turns out to be a problem, we could
349     // do another hack here and do an address range test on caf to figure
350     // out whether it is from a dynamic library.
351     ((StgIndStatic *)caf)->saved_info  = (StgInfoTable *)caf->header.info;
352     ((StgIndStatic *)caf)->static_link = caf_list;
353     caf_list = caf;
354   }
355   else
356   {
357     /* Put this CAF on the mutable list for the old generation.
358     * This is a HACK - the IND_STATIC closure doesn't really have
359     * a mut_link field, but we pretend it has - in fact we re-use
360     * the STATIC_LINK field for the time being, because when we
361     * come to do a major GC we won't need the mut_link field
362     * any more and can use it as a STATIC_LINK.
363     */
364     ((StgIndStatic *)caf)->saved_info = NULL;
365     recordMutableGen(caf, oldest_gen);
366   }
367   
368   RELEASE_SM_LOCK;
369 }
370
371 // An alternate version of newCaf which is used for dynamically loaded
372 // object code in GHCi.  In this case we want to retain *all* CAFs in
373 // the object code, because they might be demanded at any time from an
374 // expression evaluated on the command line.
375 // Also, GHCi might want to revert CAFs, so we add these to the
376 // revertible_caf_list.
377 //
378 // The linker hackily arranges that references to newCaf from dynamic
379 // code end up pointing to newDynCAF.
380 void
381 newDynCAF(StgClosure *caf)
382 {
383     ACQUIRE_SM_LOCK;
384
385     ((StgIndStatic *)caf)->saved_info  = (StgInfoTable *)caf->header.info;
386     ((StgIndStatic *)caf)->static_link = revertible_caf_list;
387     revertible_caf_list = caf;
388
389     RELEASE_SM_LOCK;
390 }
391
392 /* -----------------------------------------------------------------------------
393    Nursery management.
394    -------------------------------------------------------------------------- */
395
396 static bdescr *
397 allocNursery (step *stp, bdescr *tail, nat blocks)
398 {
399     bdescr *bd;
400     nat i;
401
402     // Allocate a nursery: we allocate fresh blocks one at a time and
403     // cons them on to the front of the list, not forgetting to update
404     // the back pointer on the tail of the list to point to the new block.
405     for (i=0; i < blocks; i++) {
406         // @LDV profiling
407         /*
408           processNursery() in LdvProfile.c assumes that every block group in
409           the nursery contains only a single block. So, if a block group is
410           given multiple blocks, change processNursery() accordingly.
411         */
412         bd = allocBlock();
413         bd->link = tail;
414         // double-link the nursery: we might need to insert blocks
415         if (tail != NULL) {
416             tail->u.back = bd;
417         }
418         bd->step = stp;
419         bd->gen_no = 0;
420         bd->flags = 0;
421         bd->free = bd->start;
422         tail = bd;
423     }
424     tail->u.back = NULL;
425     return tail;
426 }
427
428 static void
429 assignNurseriesToCapabilities (void)
430 {
431 #ifdef THREADED_RTS
432     nat i;
433
434     for (i = 0; i < n_nurseries; i++) {
435         capabilities[i].r.rNursery        = &nurseries[i];
436         capabilities[i].r.rCurrentNursery = nurseries[i].blocks;
437         capabilities[i].r.rCurrentAlloc   = NULL;
438     }
439 #else /* THREADED_RTS */
440     MainCapability.r.rNursery        = &nurseries[0];
441     MainCapability.r.rCurrentNursery = nurseries[0].blocks;
442     MainCapability.r.rCurrentAlloc   = NULL;
443 #endif
444 }
445
446 void
447 allocNurseries( void )
448
449     nat i;
450
451     for (i = 0; i < n_nurseries; i++) {
452         nurseries[i].blocks = 
453             allocNursery(&nurseries[i], NULL, 
454                          RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize);
455         nurseries[i].n_blocks    = RtsFlags.GcFlags.minAllocAreaSize;
456         nurseries[i].old_blocks   = NULL;
457         nurseries[i].n_old_blocks = 0;
458     }
459     assignNurseriesToCapabilities();
460 }
461       
462 void
463 resetNurseries( void )
464 {
465     nat i;
466     bdescr *bd;
467     step *stp;
468
469     for (i = 0; i < n_nurseries; i++) {
470         stp = &nurseries[i];
471         for (bd = stp->blocks; bd; bd = bd->link) {
472             bd->free = bd->start;
473             ASSERT(bd->gen_no == 0);
474             ASSERT(bd->step == stp);
475             IF_DEBUG(sanity,memset(bd->start, 0xaa, BLOCK_SIZE));
476         }
477     }
478     assignNurseriesToCapabilities();
479 }
480
481 lnat
482 countNurseryBlocks (void)
483 {
484     nat i;
485     lnat blocks = 0;
486
487     for (i = 0; i < n_nurseries; i++) {
488         blocks += nurseries[i].n_blocks;
489     }
490     return blocks;
491 }
492
493 static void
494 resizeNursery ( step *stp, nat blocks )
495 {
496   bdescr *bd;
497   nat nursery_blocks;
498
499   nursery_blocks = stp->n_blocks;
500   if (nursery_blocks == blocks) return;
501
502   if (nursery_blocks < blocks) {
503       debugTrace(DEBUG_gc, "increasing size of nursery to %d blocks", 
504                  blocks);
505     stp->blocks = allocNursery(stp, stp->blocks, blocks-nursery_blocks);
506   } 
507   else {
508     bdescr *next_bd;
509     
510     debugTrace(DEBUG_gc, "decreasing size of nursery to %d blocks", 
511                blocks);
512
513     bd = stp->blocks;
514     while (nursery_blocks > blocks) {
515         next_bd = bd->link;
516         next_bd->u.back = NULL;
517         nursery_blocks -= bd->blocks; // might be a large block
518         freeGroup(bd);
519         bd = next_bd;
520     }
521     stp->blocks = bd;
522     // might have gone just under, by freeing a large block, so make
523     // up the difference.
524     if (nursery_blocks < blocks) {
525         stp->blocks = allocNursery(stp, stp->blocks, blocks-nursery_blocks);
526     }
527   }
528   
529   stp->n_blocks = blocks;
530   ASSERT(countBlocks(stp->blocks) == stp->n_blocks);
531 }
532
533 // 
534 // Resize each of the nurseries to the specified size.
535 //
536 void
537 resizeNurseriesFixed (nat blocks)
538 {
539     nat i;
540     for (i = 0; i < n_nurseries; i++) {
541         resizeNursery(&nurseries[i], blocks);
542     }
543 }
544
545 // 
546 // Resize the nurseries to the total specified size.
547 //
548 void
549 resizeNurseries (nat blocks)
550 {
551     // If there are multiple nurseries, then we just divide the number
552     // of available blocks between them.
553     resizeNurseriesFixed(blocks / n_nurseries);
554 }
555
556 /* -----------------------------------------------------------------------------
557    The allocate() interface
558
559    allocate(n) always succeeds, and returns a chunk of memory n words
560    long.  n can be larger than the size of a block if necessary, in
561    which case a contiguous block group will be allocated.
562    -------------------------------------------------------------------------- */
563
564 StgPtr
565 allocate( nat n )
566 {
567     bdescr *bd;
568     StgPtr p;
569
570     ACQUIRE_SM_LOCK;
571
572     TICK_ALLOC_HEAP_NOCTR(n);
573     CCS_ALLOC(CCCS,n);
574
575     /* big allocation (>LARGE_OBJECT_THRESHOLD) */
576     /* ToDo: allocate directly into generation 1 */
577     if (n >= LARGE_OBJECT_THRESHOLD/sizeof(W_)) {
578         nat req_blocks =  (lnat)BLOCK_ROUND_UP(n*sizeof(W_)) / BLOCK_SIZE;
579         bd = allocGroup(req_blocks);
580         dbl_link_onto(bd, &g0s0->large_objects);
581         g0s0->n_large_blocks += bd->blocks; // might be larger than req_blocks
582         bd->gen_no  = 0;
583         bd->step = g0s0;
584         bd->flags = BF_LARGE;
585         bd->free = bd->start + n;
586         alloc_blocks += req_blocks;
587         RELEASE_SM_LOCK;
588         return bd->start;
589         
590         /* small allocation (<LARGE_OBJECT_THRESHOLD) */
591     } else if (small_alloc_list == NULL || alloc_Hp + n > alloc_HpLim) {
592         if (small_alloc_list) {
593             small_alloc_list->free = alloc_Hp;
594         }
595         bd = allocBlock();
596         bd->link = small_alloc_list;
597         small_alloc_list = bd;
598         bd->gen_no = 0;
599         bd->step = g0s0;
600         bd->flags = 0;
601         alloc_Hp = bd->start;
602         alloc_HpLim = bd->start + BLOCK_SIZE_W;
603         alloc_blocks++;
604     }
605     
606     p = alloc_Hp;
607     alloc_Hp += n;
608     RELEASE_SM_LOCK;
609     return p;
610 }
611
612 lnat
613 allocatedBytes( void )
614 {
615     lnat allocated;
616
617     allocated = alloc_blocks * BLOCK_SIZE_W - (alloc_HpLim - alloc_Hp);
618     if (pinned_object_block != NULL) {
619         allocated -= (pinned_object_block->start + BLOCK_SIZE_W) - 
620             pinned_object_block->free;
621     }
622         
623     return allocated;
624 }
625
626 void
627 tidyAllocateLists (void)
628 {
629     if (small_alloc_list != NULL) {
630         ASSERT(alloc_Hp >= small_alloc_list->start && 
631                alloc_Hp <= small_alloc_list->start + BLOCK_SIZE);
632         small_alloc_list->free = alloc_Hp;
633     }
634 }
635
636 /* -----------------------------------------------------------------------------
637    allocateLocal()
638
639    This allocates memory in the current thread - it is intended for
640    use primarily from STG-land where we have a Capability.  It is
641    better than allocate() because it doesn't require taking the
642    sm_mutex lock in the common case.
643
644    Memory is allocated directly from the nursery if possible (but not
645    from the current nursery block, so as not to interfere with
646    Hp/HpLim).
647    -------------------------------------------------------------------------- */
648
649 StgPtr
650 allocateLocal (Capability *cap, nat n)
651 {
652     bdescr *bd;
653     StgPtr p;
654
655     TICK_ALLOC_HEAP_NOCTR(n);
656     CCS_ALLOC(CCCS,n);
657     
658     /* big allocation (>LARGE_OBJECT_THRESHOLD) */
659     /* ToDo: allocate directly into generation 1 */
660     if (n >= LARGE_OBJECT_THRESHOLD/sizeof(W_)) {
661         nat req_blocks =  (lnat)BLOCK_ROUND_UP(n*sizeof(W_)) / BLOCK_SIZE;
662         ACQUIRE_SM_LOCK;
663         bd = allocGroup(req_blocks);
664         dbl_link_onto(bd, &g0s0->large_objects);
665         g0s0->n_large_blocks += bd->blocks; // might be larger than req_blocks
666         bd->gen_no  = 0;
667         bd->step = g0s0;
668         bd->flags = BF_LARGE;
669         bd->free = bd->start + n;
670         alloc_blocks += req_blocks;
671         RELEASE_SM_LOCK;
672         return bd->start;
673         
674         /* small allocation (<LARGE_OBJECT_THRESHOLD) */
675     } else {
676
677         bd = cap->r.rCurrentAlloc;
678         if (bd == NULL || bd->free + n > bd->start + BLOCK_SIZE_W) {
679
680             // The CurrentAlloc block is full, we need to find another
681             // one.  First, we try taking the next block from the
682             // nursery:
683             bd = cap->r.rCurrentNursery->link;
684
685             if (bd == NULL || bd->free + n > bd->start + BLOCK_SIZE_W) {
686                 // The nursery is empty, or the next block is already
687                 // full: allocate a fresh block (we can't fail here).
688                 ACQUIRE_SM_LOCK;
689                 bd = allocBlock();
690                 cap->r.rNursery->n_blocks++;
691                 RELEASE_SM_LOCK;
692                 bd->gen_no = 0;
693                 bd->step = cap->r.rNursery;
694                 bd->flags = 0;
695             } else {
696                 // we have a block in the nursery: take it and put
697                 // it at the *front* of the nursery list, and use it
698                 // to allocate() from.
699                 cap->r.rCurrentNursery->link = bd->link;
700                 if (bd->link != NULL) {
701                     bd->link->u.back = cap->r.rCurrentNursery;
702                 }
703             }
704             dbl_link_onto(bd, &cap->r.rNursery->blocks);
705             cap->r.rCurrentAlloc = bd;
706             IF_DEBUG(sanity, checkNurserySanity(cap->r.rNursery));
707         }
708     }
709     p = bd->free;
710     bd->free += n;
711     return p;
712 }
713
714 /* ---------------------------------------------------------------------------
715    Allocate a fixed/pinned object.
716
717    We allocate small pinned objects into a single block, allocating a
718    new block when the current one overflows.  The block is chained
719    onto the large_object_list of generation 0 step 0.
720
721    NOTE: The GC can't in general handle pinned objects.  This
722    interface is only safe to use for ByteArrays, which have no
723    pointers and don't require scavenging.  It works because the
724    block's descriptor has the BF_LARGE flag set, so the block is
725    treated as a large object and chained onto various lists, rather
726    than the individual objects being copied.  However, when it comes
727    to scavenge the block, the GC will only scavenge the first object.
728    The reason is that the GC can't linearly scan a block of pinned
729    objects at the moment (doing so would require using the
730    mostly-copying techniques).  But since we're restricting ourselves
731    to pinned ByteArrays, not scavenging is ok.
732
733    This function is called by newPinnedByteArray# which immediately
734    fills the allocated memory with a MutableByteArray#.
735    ------------------------------------------------------------------------- */
736
737 StgPtr
738 allocatePinned( nat n )
739 {
740     StgPtr p;
741     bdescr *bd = pinned_object_block;
742
743     // If the request is for a large object, then allocate()
744     // will give us a pinned object anyway.
745     if (n >= LARGE_OBJECT_THRESHOLD/sizeof(W_)) {
746         return allocate(n);
747     }
748
749     ACQUIRE_SM_LOCK;
750     
751     TICK_ALLOC_HEAP_NOCTR(n);
752     CCS_ALLOC(CCCS,n);
753
754     // we always return 8-byte aligned memory.  bd->free must be
755     // 8-byte aligned to begin with, so we just round up n to
756     // the nearest multiple of 8 bytes.
757     if (sizeof(StgWord) == 4) {
758         n = (n+1) & ~1;
759     }
760
761     // If we don't have a block of pinned objects yet, or the current
762     // one isn't large enough to hold the new object, allocate a new one.
763     if (bd == NULL || (bd->free + n) > (bd->start + BLOCK_SIZE_W)) {
764         pinned_object_block = bd = allocBlock();
765         dbl_link_onto(bd, &g0s0->large_objects);
766         g0s0->n_large_blocks++;
767         bd->gen_no = 0;
768         bd->step   = g0s0;
769         bd->flags  = BF_PINNED | BF_LARGE;
770         bd->free   = bd->start;
771         alloc_blocks++;
772     }
773
774     p = bd->free;
775     bd->free += n;
776     RELEASE_SM_LOCK;
777     return p;
778 }
779
780 /* -----------------------------------------------------------------------------
781    This is the write barrier for MUT_VARs, a.k.a. IORefs.  A
782    MUT_VAR_CLEAN object is not on the mutable list; a MUT_VAR_DIRTY
783    is.  When written to, a MUT_VAR_CLEAN turns into a MUT_VAR_DIRTY
784    and is put on the mutable list.
785    -------------------------------------------------------------------------- */
786
787 void
788 dirty_MUT_VAR(StgRegTable *reg, StgClosure *p)
789 {
790     Capability *cap = regTableToCapability(reg);
791     bdescr *bd;
792     if (p->header.info == &stg_MUT_VAR_CLEAN_info) {
793         p->header.info = &stg_MUT_VAR_DIRTY_info;
794         bd = Bdescr((StgPtr)p);
795         if (bd->gen_no > 0) recordMutableCap(p,cap,bd->gen_no);
796     }
797 }
798
799 /* -----------------------------------------------------------------------------
800    Allocation functions for GMP.
801
802    These all use the allocate() interface - we can't have any garbage
803    collection going on during a gmp operation, so we use allocate()
804    which always succeeds.  The gmp operations which might need to
805    allocate will ask the storage manager (via doYouWantToGC()) whether
806    a garbage collection is required, in case we get into a loop doing
807    only allocate() style allocation.
808    -------------------------------------------------------------------------- */
809
810 static void *
811 stgAllocForGMP (size_t size_in_bytes)
812 {
813   StgArrWords* arr;
814   nat data_size_in_words, total_size_in_words;
815   
816   /* round up to a whole number of words */
817   data_size_in_words  = (size_in_bytes + sizeof(W_) + 1) / sizeof(W_);
818   total_size_in_words = sizeofW(StgArrWords) + data_size_in_words;
819   
820   /* allocate and fill it in. */
821 #if defined(THREADED_RTS)
822   arr = (StgArrWords *)allocateLocal(myTask()->cap, total_size_in_words);
823 #else
824   arr = (StgArrWords *)allocateLocal(&MainCapability, total_size_in_words);
825 #endif
826   SET_ARR_HDR(arr, &stg_ARR_WORDS_info, CCCS, data_size_in_words);
827   
828   /* and return a ptr to the goods inside the array */
829   return arr->payload;
830 }
831
832 static void *
833 stgReallocForGMP (void *ptr, size_t old_size, size_t new_size)
834 {
835     void *new_stuff_ptr = stgAllocForGMP(new_size);
836     nat i = 0;
837     char *p = (char *) ptr;
838     char *q = (char *) new_stuff_ptr;
839
840     for (; i < old_size; i++, p++, q++) {
841         *q = *p;
842     }
843
844     return(new_stuff_ptr);
845 }
846
847 static void
848 stgDeallocForGMP (void *ptr STG_UNUSED, 
849                   size_t size STG_UNUSED)
850 {
851     /* easy for us: the garbage collector does the dealloc'n */
852 }
853
854 /* -----------------------------------------------------------------------------
855  * Stats and stuff
856  * -------------------------------------------------------------------------- */
857
858 /* -----------------------------------------------------------------------------
859  * calcAllocated()
860  *
861  * Approximate how much we've allocated: number of blocks in the
862  * nursery + blocks allocated via allocate() - unused nusery blocks.
863  * This leaves a little slop at the end of each block, and doesn't
864  * take into account large objects (ToDo).
865  * -------------------------------------------------------------------------- */
866
867 lnat
868 calcAllocated( void )
869 {
870   nat allocated;
871   bdescr *bd;
872
873   allocated = allocatedBytes();
874   allocated += countNurseryBlocks() * BLOCK_SIZE_W;
875   
876   {
877 #ifdef THREADED_RTS
878   nat i;
879   for (i = 0; i < n_nurseries; i++) {
880       Capability *cap;
881       for ( bd = capabilities[i].r.rCurrentNursery->link; 
882             bd != NULL; bd = bd->link ) {
883           allocated -= BLOCK_SIZE_W;
884       }
885       cap = &capabilities[i];
886       if (cap->r.rCurrentNursery->free < 
887           cap->r.rCurrentNursery->start + BLOCK_SIZE_W) {
888           allocated -= (cap->r.rCurrentNursery->start + BLOCK_SIZE_W)
889               - cap->r.rCurrentNursery->free;
890       }
891   }
892 #else
893   bdescr *current_nursery = MainCapability.r.rCurrentNursery;
894
895   for ( bd = current_nursery->link; bd != NULL; bd = bd->link ) {
896       allocated -= BLOCK_SIZE_W;
897   }
898   if (current_nursery->free < current_nursery->start + BLOCK_SIZE_W) {
899       allocated -= (current_nursery->start + BLOCK_SIZE_W)
900           - current_nursery->free;
901   }
902 #endif
903   }
904
905   total_allocated += allocated;
906   return allocated;
907 }  
908
909 /* Approximate the amount of live data in the heap.  To be called just
910  * after garbage collection (see GarbageCollect()).
911  */
912 extern lnat 
913 calcLive(void)
914 {
915   nat g, s;
916   lnat live = 0;
917   step *stp;
918
919   if (RtsFlags.GcFlags.generations == 1) {
920       return (g0s0->n_large_blocks + g0s0->n_blocks) * BLOCK_SIZE_W;
921   }
922
923   for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
924     for (s = 0; s < generations[g].n_steps; s++) {
925       /* approximate amount of live data (doesn't take into account slop
926        * at end of each block).
927        */
928       if (g == 0 && s == 0) { 
929           continue; 
930       }
931       stp = &generations[g].steps[s];
932       live += (stp->n_large_blocks + stp->n_blocks) * BLOCK_SIZE_W;
933     }
934   }
935   return live;
936 }
937
938 /* Approximate the number of blocks that will be needed at the next
939  * garbage collection.
940  *
941  * Assume: all data currently live will remain live.  Steps that will
942  * be collected next time will therefore need twice as many blocks
943  * since all the data will be copied.
944  */
945 extern lnat 
946 calcNeeded(void)
947 {
948     lnat needed = 0;
949     nat g, s;
950     step *stp;
951     
952     for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
953         for (s = 0; s < generations[g].n_steps; s++) {
954             if (g == 0 && s == 0) { continue; }
955             stp = &generations[g].steps[s];
956             if (generations[g].steps[0].n_blocks +
957                 generations[g].steps[0].n_large_blocks 
958                 > generations[g].max_blocks
959                 && stp->is_compacted == 0) {
960                 needed += 2 * stp->n_blocks;
961             } else {
962                 needed += stp->n_blocks;
963             }
964         }
965     }
966     return needed;
967 }
968
969 /* ----------------------------------------------------------------------------
970    Executable memory
971
972    Executable memory must be managed separately from non-executable
973    memory.  Most OSs these days require you to jump through hoops to
974    dynamically allocate executable memory, due to various security
975    measures.
976
977    Here we provide a small memory allocator for executable memory.
978    Memory is managed with a page granularity; we allocate linearly
979    in the page, and when the page is emptied (all objects on the page
980    are free) we free the page again, not forgetting to make it
981    non-executable.
982
983    TODO: The inability to handle objects bigger than BLOCK_SIZE_W means that
984          the linker cannot use allocateExec for loading object code files
985          on Windows. Once allocateExec can handle larger objects, the linker
986          should be modified to use allocateExec instead of VirtualAlloc.
987    ------------------------------------------------------------------------- */
988
989 static bdescr *exec_block;
990
991 void *allocateExec (nat bytes)
992 {
993     void *ret;
994     nat n;
995
996     ACQUIRE_SM_LOCK;
997
998     // round up to words.
999     n  = (bytes + sizeof(W_) + 1) / sizeof(W_);
1000
1001     if (n+1 > BLOCK_SIZE_W) {
1002         barf("allocateExec: can't handle large objects");
1003     }
1004
1005     if (exec_block == NULL || 
1006         exec_block->free + n + 1 > exec_block->start + BLOCK_SIZE_W) {
1007         bdescr *bd;
1008         lnat pagesize = getPageSize();
1009         bd = allocGroup(stg_max(1, pagesize / BLOCK_SIZE));
1010         debugTrace(DEBUG_gc, "allocate exec block %p", bd->start);
1011         bd->gen_no = 0;
1012         bd->flags = BF_EXEC;
1013         bd->link = exec_block;
1014         if (exec_block != NULL) {
1015             exec_block->u.back = bd;
1016         }
1017         bd->u.back = NULL;
1018         setExecutable(bd->start, bd->blocks * BLOCK_SIZE, rtsTrue);
1019         exec_block = bd;
1020     }
1021     *(exec_block->free) = n;  // store the size of this chunk
1022     exec_block->gen_no += n;  // gen_no stores the number of words allocated
1023     ret = exec_block->free + 1;
1024     exec_block->free += n + 1;
1025
1026     RELEASE_SM_LOCK
1027     return ret;
1028 }
1029
1030 void freeExec (void *addr)
1031 {
1032     StgPtr p = (StgPtr)addr - 1;
1033     bdescr *bd = Bdescr((StgPtr)p);
1034
1035     if ((bd->flags & BF_EXEC) == 0) {
1036         barf("freeExec: not executable");
1037     }
1038
1039     if (*(StgPtr)p == 0) {
1040         barf("freeExec: already free?");
1041     }
1042
1043     ACQUIRE_SM_LOCK;
1044
1045     bd->gen_no -= *(StgPtr)p;
1046     *(StgPtr)p = 0;
1047
1048     // Free the block if it is empty, but not if it is the block at
1049     // the head of the queue.
1050     if (bd->gen_no == 0 && bd != exec_block) {
1051         debugTrace(DEBUG_gc, "free exec block %p", bd->start);
1052         if (bd->u.back) {
1053             bd->u.back->link = bd->link;
1054         } else {
1055             exec_block = bd->link;
1056         }
1057         if (bd->link) {
1058             bd->link->u.back = bd->u.back;
1059         }
1060         setExecutable(bd->start, bd->blocks * BLOCK_SIZE, rtsFalse);
1061         freeGroup(bd);
1062     }
1063
1064     RELEASE_SM_LOCK
1065 }    
1066
1067 /* -----------------------------------------------------------------------------
1068    Debugging
1069
1070    memInventory() checks for memory leaks by counting up all the
1071    blocks we know about and comparing that to the number of blocks
1072    allegedly floating around in the system.
1073    -------------------------------------------------------------------------- */
1074
1075 #ifdef DEBUG
1076
1077 nat
1078 countBlocks(bdescr *bd)
1079 {
1080     nat n;
1081     for (n=0; bd != NULL; bd=bd->link) {
1082         n += bd->blocks;
1083     }
1084     return n;
1085 }
1086
1087 // (*1) Just like countBlocks, except that we adjust the count for a
1088 // megablock group so that it doesn't include the extra few blocks
1089 // that would be taken up by block descriptors in the second and
1090 // subsequent megablock.  This is so we can tally the count with the
1091 // number of blocks allocated in the system, for memInventory().
1092 static nat
1093 countAllocdBlocks(bdescr *bd)
1094 {
1095     nat n;
1096     for (n=0; bd != NULL; bd=bd->link) {
1097         n += bd->blocks;
1098         // hack for megablock groups: see (*1) above
1099         if (bd->blocks > BLOCKS_PER_MBLOCK) {
1100             n -= (MBLOCK_SIZE / BLOCK_SIZE - BLOCKS_PER_MBLOCK)
1101                 * (bd->blocks/(MBLOCK_SIZE/BLOCK_SIZE));
1102         }
1103     }
1104     return n;
1105 }
1106
1107 static lnat
1108 stepBlocks (step *stp)
1109 {
1110     ASSERT(countBlocks(stp->blocks) == stp->n_blocks);
1111     ASSERT(countBlocks(stp->large_objects) == stp->n_large_blocks);
1112     return stp->n_blocks + stp->n_old_blocks + 
1113             countAllocdBlocks(stp->large_objects);
1114 }
1115
1116 void
1117 memInventory(void)
1118 {
1119   nat g, s, i;
1120   step *stp;
1121   lnat gen_blocks[RtsFlags.GcFlags.generations];
1122   lnat nursery_blocks, allocate_blocks, retainer_blocks,
1123        arena_blocks, exec_blocks;
1124   lnat live_blocks = 0, free_blocks = 0;
1125
1126   // count the blocks we current have
1127
1128   for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
1129       gen_blocks[g] = 0;
1130       for (i = 0; i < n_capabilities; i++) {
1131           gen_blocks[g] += countBlocks(capabilities[i].mut_lists[g]);
1132       }   
1133       gen_blocks[g] += countAllocdBlocks(generations[g].mut_list);
1134       for (s = 0; s < generations[g].n_steps; s++) {
1135 #if !defined(THREADED_RTS)
1136           // We put pinned object blocks in g0s0, so better count
1137           // blocks there too.
1138           if (g==0 && s==0) continue;
1139 #endif
1140           stp = &generations[g].steps[s];
1141           gen_blocks[g] += stepBlocks(stp);
1142       }
1143   }
1144
1145   nursery_blocks = 0;
1146   for (i = 0; i < n_nurseries; i++) {
1147       nursery_blocks += stepBlocks(&nurseries[i]);
1148   }
1149
1150   /* any blocks held by allocate() */
1151   allocate_blocks = countAllocdBlocks(small_alloc_list);
1152
1153   retainer_blocks = 0;
1154 #ifdef PROFILING
1155   if (RtsFlags.ProfFlags.doHeapProfile == HEAP_BY_RETAINER) {
1156       retainer_blocks = retainerStackBlocks();
1157   }
1158 #endif
1159
1160   // count the blocks allocated by the arena allocator
1161   arena_blocks = arenaBlocks();
1162
1163   // count the blocks containing executable memory
1164   exec_blocks = countAllocdBlocks(exec_block);
1165
1166   /* count the blocks on the free list */
1167   free_blocks = countFreeList();
1168
1169   live_blocks = 0;
1170   for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
1171       live_blocks += gen_blocks[g];
1172   }
1173   live_blocks += nursery_blocks + allocate_blocks
1174                + retainer_blocks + arena_blocks + exec_blocks;
1175
1176   if (live_blocks + free_blocks != mblocks_allocated * BLOCKS_PER_MBLOCK)
1177   {
1178       debugBelch("Memory leak detected\n");
1179       for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
1180           debugBelch("  gen %d blocks : %4lu\n", g, gen_blocks[g]);
1181       }
1182       debugBelch("  nursery      : %4lu\n", nursery_blocks);
1183       debugBelch("  allocate()   : %4lu\n", allocate_blocks);
1184       debugBelch("  retainer     : %4lu\n", retainer_blocks);
1185       debugBelch("  arena blocks : %4lu\n", arena_blocks);
1186       debugBelch("  exec         : %4lu\n", exec_blocks);
1187       debugBelch("  free         : %4lu\n", free_blocks);
1188       debugBelch("  total        : %4lu\n\n", live_blocks + free_blocks);
1189       debugBelch("  in system    : %4lu\n", mblocks_allocated * BLOCKS_PER_MBLOCK);
1190       ASSERT(0);
1191   }
1192 }
1193
1194
1195 /* Full heap sanity check. */
1196 void
1197 checkSanity( void )
1198 {
1199     nat g, s;
1200
1201     if (RtsFlags.GcFlags.generations == 1) {
1202         checkHeap(g0s0->blocks);
1203         checkChain(g0s0->large_objects);
1204     } else {
1205         
1206         for (g = 0; g < RtsFlags.GcFlags.generations; g++) {
1207             for (s = 0; s < generations[g].n_steps; s++) {
1208                 if (g == 0 && s == 0) { continue; }
1209                 ASSERT(countBlocks(generations[g].steps[s].blocks)
1210                        == generations[g].steps[s].n_blocks);
1211                 ASSERT(countBlocks(generations[g].steps[s].large_objects)
1212                        == generations[g].steps[s].n_large_blocks);
1213                 checkHeap(generations[g].steps[s].blocks);
1214                 checkChain(generations[g].steps[s].large_objects);
1215                 if (g > 0) {
1216                     checkMutableList(generations[g].mut_list, g);
1217                 }
1218             }
1219         }
1220
1221         for (s = 0; s < n_nurseries; s++) {
1222             ASSERT(countBlocks(nurseries[s].blocks)
1223                    == nurseries[s].n_blocks);
1224             ASSERT(countBlocks(nurseries[s].large_objects)
1225                    == nurseries[s].n_large_blocks);
1226         }
1227             
1228         checkFreeListSanity();
1229     }
1230 }
1231
1232 /* Nursery sanity check */
1233 void
1234 checkNurserySanity( step *stp )
1235 {
1236     bdescr *bd, *prev;
1237     nat blocks = 0;
1238
1239     prev = NULL;
1240     for (bd = stp->blocks; bd != NULL; bd = bd->link) {
1241         ASSERT(bd->u.back == prev);
1242         prev = bd;
1243         blocks += bd->blocks;
1244     }
1245     ASSERT(blocks == stp->n_blocks);
1246 }
1247
1248 // handy function for use in gdb, because Bdescr() is inlined.
1249 extern bdescr *_bdescr( StgPtr p );
1250
1251 bdescr *
1252 _bdescr( StgPtr p )
1253 {
1254     return Bdescr(p);
1255 }
1256
1257 #endif