ae2d5e06e36f59667414e9cd43cf027ee8c8e91e
[sbcl.git] / src / runtime / gencgc.c
1 /*
2  * GENerational Conservative Garbage Collector for SBCL
3  */
4
5 /*
6  * This software is part of the SBCL system. See the README file for
7  * more information.
8  *
9  * This software is derived from the CMU CL system, which was
10  * written at Carnegie Mellon University and released into the
11  * public domain. The software is in the public domain and is
12  * provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
13  * files for more information.
14  */
15
16 /*
17  * For a review of garbage collection techniques (e.g. generational
18  * GC) and terminology (e.g. "scavenging") see Paul R. Wilson,
19  * "Uniprocessor Garbage Collection Techniques". As of 20000618, this
20  * had been accepted for _ACM Computing Surveys_ and was available
21  * as a PostScript preprint through
22  *   <http://www.cs.utexas.edu/users/oops/papers.html>
23  * as
24  *   <ftp://ftp.cs.utexas.edu/pub/garbage/bigsurv.ps>.
25  */
26
27 #include <stdlib.h>
28 #include <stdio.h>
29 #include <errno.h>
30 #include <string.h>
31 #include "sbcl.h"
32 #if defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD)
33 #include "pthreads_win32.h"
34 #else
35 #include <signal.h>
36 #endif
37 #include "runtime.h"
38 #include "os.h"
39 #include "interr.h"
40 #include "globals.h"
41 #include "interrupt.h"
42 #include "validate.h"
43 #include "lispregs.h"
44 #include "arch.h"
45 #include "gc.h"
46 #include "gc-internal.h"
47 #include "thread.h"
48 #include "pseudo-atomic.h"
49 #include "alloc.h"
50 #include "genesis/vector.h"
51 #include "genesis/weak-pointer.h"
52 #include "genesis/fdefn.h"
53 #include "genesis/simple-fun.h"
54 #include "save.h"
55 #include "genesis/hash-table.h"
56 #include "genesis/instance.h"
57 #include "genesis/layout.h"
58 #include "gencgc.h"
59 #if !defined(LISP_FEATURE_X86) && !defined(LISP_FEATURE_X86_64)
60 #include "genesis/cons.h"
61 #endif
62
63 /* forward declarations */
64 page_index_t  gc_find_freeish_pages(page_index_t *restart_page_ptr, sword_t nbytes,
65                                     int page_type_flag);
66
67 \f
68 /*
69  * GC parameters
70  */
71
72 /* Generations 0-5 are normal collected generations, 6 is only used as
73  * scratch space by the collector, and should never get collected.
74  */
75 enum {
76     SCRATCH_GENERATION = PSEUDO_STATIC_GENERATION+1,
77     NUM_GENERATIONS
78 };
79
80 /* Should we use page protection to help avoid the scavenging of pages
81  * that don't have pointers to younger generations? */
82 boolean enable_page_protection = 1;
83
84 /* the minimum size (in bytes) for a large object*/
85 #if (GENCGC_ALLOC_GRANULARITY >= PAGE_BYTES) && (GENCGC_ALLOC_GRANULARITY >= GENCGC_CARD_BYTES)
86 os_vm_size_t large_object_size = 4 * GENCGC_ALLOC_GRANULARITY;
87 #elif (GENCGC_CARD_BYTES >= PAGE_BYTES) && (GENCGC_CARD_BYTES >= GENCGC_ALLOC_GRANULARITY)
88 os_vm_size_t large_object_size = 4 * GENCGC_CARD_BYTES;
89 #else
90 os_vm_size_t large_object_size = 4 * PAGE_BYTES;
91 #endif
92
93 /* Largest allocation seen since last GC. */
94 os_vm_size_t large_allocation = 0;
95
96 \f
97 /*
98  * debugging
99  */
100
101 /* the verbosity level. All non-error messages are disabled at level 0;
102  * and only a few rare messages are printed at level 1. */
103 #if QSHOW == 2
104 boolean gencgc_verbose = 1;
105 #else
106 boolean gencgc_verbose = 0;
107 #endif
108
109 /* FIXME: At some point enable the various error-checking things below
110  * and see what they say. */
111
112 /* We hunt for pointers to old-space, when GCing generations >= verify_gen.
113  * Set verify_gens to HIGHEST_NORMAL_GENERATION + 1 to disable this kind of
114  * check. */
115 generation_index_t verify_gens = HIGHEST_NORMAL_GENERATION + 1;
116
117 /* Should we do a pre-scan verify of generation 0 before it's GCed? */
118 boolean pre_verify_gen_0 = 0;
119
120 /* Should we check for bad pointers after gc_free_heap is called
121  * from Lisp PURIFY? */
122 boolean verify_after_free_heap = 0;
123
124 /* Should we print a note when code objects are found in the dynamic space
125  * during a heap verify? */
126 boolean verify_dynamic_code_check = 0;
127
128 /* Should we check code objects for fixup errors after they are transported? */
129 boolean check_code_fixups = 0;
130
131 /* Should we check that newly allocated regions are zero filled? */
132 boolean gencgc_zero_check = 0;
133
134 /* Should we check that the free space is zero filled? */
135 boolean gencgc_enable_verify_zero_fill = 0;
136
137 /* Should we check that free pages are zero filled during gc_free_heap
138  * called after Lisp PURIFY? */
139 boolean gencgc_zero_check_during_free_heap = 0;
140
141 /* When loading a core, don't do a full scan of the memory for the
142  * memory region boundaries. (Set to true by coreparse.c if the core
143  * contained a pagetable entry).
144  */
145 boolean gencgc_partial_pickup = 0;
146
147 /* If defined, free pages are read-protected to ensure that nothing
148  * accesses them.
149  */
150
151 /* #define READ_PROTECT_FREE_PAGES */
152
153 \f
154 /*
155  * GC structures and variables
156  */
157
158 /* the total bytes allocated. These are seen by Lisp DYNAMIC-USAGE. */
159 os_vm_size_t bytes_allocated = 0;
160 os_vm_size_t auto_gc_trigger = 0;
161
162 /* the source and destination generations. These are set before a GC starts
163  * scavenging. */
164 generation_index_t from_space;
165 generation_index_t new_space;
166
167 /* Set to 1 when in GC */
168 boolean gc_active_p = 0;
169
170 /* should the GC be conservative on stack. If false (only right before
171  * saving a core), don't scan the stack / mark pages dont_move. */
172 static boolean conservative_stack = 1;
173
174 /* An array of page structures is allocated on gc initialization.
175  * This helps to quickly map between an address and its page structure.
176  * page_table_pages is set from the size of the dynamic space. */
177 page_index_t page_table_pages;
178 struct page *page_table;
179
180 static inline boolean page_allocated_p(page_index_t page) {
181     return (page_table[page].allocated != FREE_PAGE_FLAG);
182 }
183
184 static inline boolean page_no_region_p(page_index_t page) {
185     return !(page_table[page].allocated & OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
186 }
187
188 static inline boolean page_allocated_no_region_p(page_index_t page) {
189     return ((page_table[page].allocated & (UNBOXED_PAGE_FLAG | BOXED_PAGE_FLAG))
190             && page_no_region_p(page));
191 }
192
193 static inline boolean page_free_p(page_index_t page) {
194     return (page_table[page].allocated == FREE_PAGE_FLAG);
195 }
196
197 static inline boolean page_boxed_p(page_index_t page) {
198     return (page_table[page].allocated & BOXED_PAGE_FLAG);
199 }
200
201 static inline boolean code_page_p(page_index_t page) {
202     return (page_table[page].allocated & CODE_PAGE_FLAG);
203 }
204
205 static inline boolean page_boxed_no_region_p(page_index_t page) {
206     return page_boxed_p(page) && page_no_region_p(page);
207 }
208
209 static inline boolean page_unboxed_p(page_index_t page) {
210     /* Both flags set == boxed code page */
211     return ((page_table[page].allocated & UNBOXED_PAGE_FLAG)
212             && !page_boxed_p(page));
213 }
214
215 static inline boolean protect_page_p(page_index_t page, generation_index_t generation) {
216     return (page_boxed_no_region_p(page)
217             && (page_table[page].bytes_used != 0)
218             && !page_table[page].dont_move
219             && (page_table[page].gen == generation));
220 }
221
222 /* To map addresses to page structures the address of the first page
223  * is needed. */
224 void *heap_base = NULL;
225
226 /* Calculate the start address for the given page number. */
227 inline void *
228 page_address(page_index_t page_num)
229 {
230     return (heap_base + (page_num * GENCGC_CARD_BYTES));
231 }
232
233 /* Calculate the address where the allocation region associated with
234  * the page starts. */
235 static inline void *
236 page_scan_start(page_index_t page_index)
237 {
238     return page_address(page_index)-page_table[page_index].scan_start_offset;
239 }
240
241 /* True if the page starts a contiguous block. */
242 static inline boolean
243 page_starts_contiguous_block_p(page_index_t page_index)
244 {
245     return page_table[page_index].scan_start_offset == 0;
246 }
247
248 /* True if the page is the last page in a contiguous block. */
249 static inline boolean
250 page_ends_contiguous_block_p(page_index_t page_index, generation_index_t gen)
251 {
252     return (/* page doesn't fill block */
253             (page_table[page_index].bytes_used < GENCGC_CARD_BYTES)
254             /* next page free */
255             || page_free_p(page_index + 1)
256             /* next page contains no data */
257             || (page_table[page_index + 1].bytes_used == 0)
258             /* next page is in different generation */
259             || (page_table[page_index + 1].gen != gen)
260             /* next page starts its own contiguous block */
261             || (page_starts_contiguous_block_p(page_index + 1)));
262 }
263
264 /* Find the page index within the page_table for the given
265  * address. Return -1 on failure. */
266 inline page_index_t
267 find_page_index(void *addr)
268 {
269     if (addr >= heap_base) {
270         page_index_t index = ((pointer_sized_uint_t)addr -
271                               (pointer_sized_uint_t)heap_base) / GENCGC_CARD_BYTES;
272         if (index < page_table_pages)
273             return (index);
274     }
275     return (-1);
276 }
277
278 static os_vm_size_t
279 npage_bytes(page_index_t npages)
280 {
281     gc_assert(npages>=0);
282     return ((os_vm_size_t)npages)*GENCGC_CARD_BYTES;
283 }
284
285 /* Check that X is a higher address than Y and return offset from Y to
286  * X in bytes. */
287 static inline os_vm_size_t
288 void_diff(void *x, void *y)
289 {
290     gc_assert(x >= y);
291     return (pointer_sized_uint_t)x - (pointer_sized_uint_t)y;
292 }
293
294 /* a structure to hold the state of a generation
295  *
296  * CAUTION: If you modify this, make sure to touch up the alien
297  * definition in src/code/gc.lisp accordingly. ...or better yes,
298  * deal with the FIXME there...
299  */
300 struct generation {
301
302     /* the first page that gc_alloc() checks on its next call */
303     page_index_t alloc_start_page;
304
305     /* the first page that gc_alloc_unboxed() checks on its next call */
306     page_index_t alloc_unboxed_start_page;
307
308     /* the first page that gc_alloc_large (boxed) considers on its next
309      * call. (Although it always allocates after the boxed_region.) */
310     page_index_t alloc_large_start_page;
311
312     /* the first page that gc_alloc_large (unboxed) considers on its
313      * next call. (Although it always allocates after the
314      * current_unboxed_region.) */
315     page_index_t alloc_large_unboxed_start_page;
316
317     /* the bytes allocated to this generation */
318     os_vm_size_t bytes_allocated;
319
320     /* the number of bytes at which to trigger a GC */
321     os_vm_size_t gc_trigger;
322
323     /* to calculate a new level for gc_trigger */
324     os_vm_size_t bytes_consed_between_gc;
325
326     /* the number of GCs since the last raise */
327     int num_gc;
328
329     /* the number of GCs to run on the generations before raising objects to the
330      * next generation */
331     int number_of_gcs_before_promotion;
332
333     /* the cumulative sum of the bytes allocated to this generation. It is
334      * cleared after a GC on this generations, and update before new
335      * objects are added from a GC of a younger generation. Dividing by
336      * the bytes_allocated will give the average age of the memory in
337      * this generation since its last GC. */
338     os_vm_size_t cum_sum_bytes_allocated;
339
340     /* a minimum average memory age before a GC will occur helps
341      * prevent a GC when a large number of new live objects have been
342      * added, in which case a GC could be a waste of time */
343     double minimum_age_before_gc;
344 };
345
346 /* an array of generation structures. There needs to be one more
347  * generation structure than actual generations as the oldest
348  * generation is temporarily raised then lowered. */
349 struct generation generations[NUM_GENERATIONS];
350
351 /* the oldest generation that is will currently be GCed by default.
352  * Valid values are: 0, 1, ... HIGHEST_NORMAL_GENERATION
353  *
354  * The default of HIGHEST_NORMAL_GENERATION enables GC on all generations.
355  *
356  * Setting this to 0 effectively disables the generational nature of
357  * the GC. In some applications generational GC may not be useful
358  * because there are no long-lived objects.
359  *
360  * An intermediate value could be handy after moving long-lived data
361  * into an older generation so an unnecessary GC of this long-lived
362  * data can be avoided. */
363 generation_index_t gencgc_oldest_gen_to_gc = HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
364
365 /* The maximum free page in the heap is maintained and used to update
366  * ALLOCATION_POINTER which is used by the room function to limit its
367  * search of the heap. XX Gencgc obviously needs to be better
368  * integrated with the Lisp code. */
369 page_index_t last_free_page;
370 \f
371 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
372 /* This lock is to prevent multiple threads from simultaneously
373  * allocating new regions which overlap each other.  Note that the
374  * majority of GC is single-threaded, but alloc() may be called from
375  * >1 thread at a time and must be thread-safe.  This lock must be
376  * seized before all accesses to generations[] or to parts of
377  * page_table[] that other threads may want to see */
378 static pthread_mutex_t free_pages_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
379 /* This lock is used to protect non-thread-local allocation. */
380 static pthread_mutex_t allocation_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
381 #endif
382
383 extern os_vm_size_t gencgc_release_granularity;
384 os_vm_size_t gencgc_release_granularity = GENCGC_RELEASE_GRANULARITY;
385
386 extern os_vm_size_t gencgc_alloc_granularity;
387 os_vm_size_t gencgc_alloc_granularity = GENCGC_ALLOC_GRANULARITY;
388
389 \f
390 /*
391  * miscellaneous heap functions
392  */
393
394 /* Count the number of pages which are write-protected within the
395  * given generation. */
396 static page_index_t
397 count_write_protect_generation_pages(generation_index_t generation)
398 {
399     page_index_t i, count = 0;
400
401     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
402         if (page_allocated_p(i)
403             && (page_table[i].gen == generation)
404             && (page_table[i].write_protected == 1))
405             count++;
406     return count;
407 }
408
409 /* Count the number of pages within the given generation. */
410 static page_index_t
411 count_generation_pages(generation_index_t generation)
412 {
413     page_index_t i;
414     page_index_t count = 0;
415
416     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
417         if (page_allocated_p(i)
418             && (page_table[i].gen == generation))
419             count++;
420     return count;
421 }
422
423 #if QSHOW
424 static page_index_t
425 count_dont_move_pages(void)
426 {
427     page_index_t i;
428     page_index_t count = 0;
429     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
430         if (page_allocated_p(i)
431             && (page_table[i].dont_move != 0)) {
432             ++count;
433         }
434     }
435     return count;
436 }
437 #endif /* QSHOW */
438
439 /* Work through the pages and add up the number of bytes used for the
440  * given generation. */
441 static os_vm_size_t
442 count_generation_bytes_allocated (generation_index_t gen)
443 {
444     page_index_t i;
445     os_vm_size_t result = 0;
446     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
447         if (page_allocated_p(i)
448             && (page_table[i].gen == gen))
449             result += page_table[i].bytes_used;
450     }
451     return result;
452 }
453
454 /* Return the average age of the memory in a generation. */
455 extern double
456 generation_average_age(generation_index_t gen)
457 {
458     if (generations[gen].bytes_allocated == 0)
459         return 0.0;
460
461     return
462         ((double)generations[gen].cum_sum_bytes_allocated)
463         / ((double)generations[gen].bytes_allocated);
464 }
465
466 extern void
467 write_generation_stats(FILE *file)
468 {
469     generation_index_t i;
470
471 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
472 #define FPU_STATE_SIZE 27
473     int fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
474 #elif defined(LISP_FEATURE_PPC)
475 #define FPU_STATE_SIZE 32
476     long long fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
477 #elif defined(LISP_FEATURE_SPARC)
478     /*
479      * 32 (single-precision) FP registers, and the FP state register.
480      * But Sparc V9 has 32 double-precision registers (equivalent to 64
481      * single-precision, but can't be accessed), so we leave enough room
482      * for that.
483      */
484 #define FPU_STATE_SIZE (((32 + 32 + 1) + 1)/2)
485     long long fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
486 #endif
487
488     /* This code uses the FP instructions which may be set up for Lisp
489      * so they need to be saved and reset for C. */
490     fpu_save(fpu_state);
491
492     /* Print the heap stats. */
493     fprintf(file,
494             " Gen StaPg UbSta LaSta LUbSt Boxed Unboxed LB   LUB  !move  Alloc  Waste   Trig    WP  GCs Mem-age\n");
495
496     for (i = 0; i < SCRATCH_GENERATION; i++) {
497         page_index_t j;
498         page_index_t boxed_cnt = 0;
499         page_index_t unboxed_cnt = 0;
500         page_index_t large_boxed_cnt = 0;
501         page_index_t large_unboxed_cnt = 0;
502         page_index_t pinned_cnt=0;
503
504         for (j = 0; j < last_free_page; j++)
505             if (page_table[j].gen == i) {
506
507                 /* Count the number of boxed pages within the given
508                  * generation. */
509                 if (page_boxed_p(j)) {
510                     if (page_table[j].large_object)
511                         large_boxed_cnt++;
512                     else
513                         boxed_cnt++;
514                 }
515                 if(page_table[j].dont_move) pinned_cnt++;
516                 /* Count the number of unboxed pages within the given
517                  * generation. */
518                 if (page_unboxed_p(j)) {
519                     if (page_table[j].large_object)
520                         large_unboxed_cnt++;
521                     else
522                         unboxed_cnt++;
523                 }
524             }
525
526         gc_assert(generations[i].bytes_allocated
527                   == count_generation_bytes_allocated(i));
528         fprintf(file,
529                 "   %1d: %5ld %5ld %5ld %5ld",
530                 i,
531                 generations[i].alloc_start_page,
532                 generations[i].alloc_unboxed_start_page,
533                 generations[i].alloc_large_start_page,
534                 generations[i].alloc_large_unboxed_start_page);
535         fprintf(file,
536                 " %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT
537                 " %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT,
538                 boxed_cnt, unboxed_cnt, large_boxed_cnt,
539                 large_unboxed_cnt, pinned_cnt);
540         fprintf(file,
541                 " %8"OS_VM_SIZE_FMT
542                 " %5"OS_VM_SIZE_FMT
543                 " %8"OS_VM_SIZE_FMT
544                 " %4"PAGE_INDEX_FMT" %3d %7.4f\n",
545                 generations[i].bytes_allocated,
546                 (npage_bytes(count_generation_pages(i)) - generations[i].bytes_allocated),
547                 generations[i].gc_trigger,
548                 count_write_protect_generation_pages(i),
549                 generations[i].num_gc,
550                 generation_average_age(i));
551     }
552     fprintf(file,"   Total bytes allocated    = %"OS_VM_SIZE_FMT"\n", bytes_allocated);
553     fprintf(file,"   Dynamic-space-size bytes = %"OS_VM_SIZE_FMT"\n", dynamic_space_size);
554
555     fpu_restore(fpu_state);
556 }
557
558 extern void
559 write_heap_exhaustion_report(FILE *file, long available, long requested,
560                              struct thread *thread)
561 {
562     fprintf(file,
563             "Heap exhausted during %s: %ld bytes available, %ld requested.\n",
564             gc_active_p ? "garbage collection" : "allocation",
565             available,
566             requested);
567     write_generation_stats(file);
568     fprintf(file, "GC control variables:\n");
569     fprintf(file, "   *GC-INHIBIT* = %s\n   *GC-PENDING* = %s\n",
570             SymbolValue(GC_INHIBIT,thread)==NIL ? "false" : "true",
571             (SymbolValue(GC_PENDING, thread) == T) ?
572             "true" : ((SymbolValue(GC_PENDING, thread) == NIL) ?
573                       "false" : "in progress"));
574 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
575     fprintf(file, "   *STOP-FOR-GC-PENDING* = %s\n",
576             SymbolValue(STOP_FOR_GC_PENDING,thread)==NIL ? "false" : "true");
577 #endif
578 }
579
580 extern void
581 print_generation_stats(void)
582 {
583     write_generation_stats(stderr);
584 }
585
586 extern char* gc_logfile;
587 char * gc_logfile = NULL;
588
589 extern void
590 log_generation_stats(char *logfile, char *header)
591 {
592     if (logfile) {
593         FILE * log = fopen(logfile, "a");
594         if (log) {
595             fprintf(log, "%s\n", header);
596             write_generation_stats(log);
597             fclose(log);
598         } else {
599             fprintf(stderr, "Could not open gc logfile: %s\n", logfile);
600             fflush(stderr);
601         }
602     }
603 }
604
605 extern void
606 report_heap_exhaustion(long available, long requested, struct thread *th)
607 {
608     if (gc_logfile) {
609         FILE * log = fopen(gc_logfile, "a");
610         if (log) {
611             write_heap_exhaustion_report(log, available, requested, th);
612             fclose(log);
613         } else {
614             fprintf(stderr, "Could not open gc logfile: %s\n", gc_logfile);
615             fflush(stderr);
616         }
617     }
618     /* Always to stderr as well. */
619     write_heap_exhaustion_report(stderr, available, requested, th);
620 }
621 \f
622
623 #if defined(LISP_FEATURE_X86)
624 void fast_bzero(void*, size_t); /* in <arch>-assem.S */
625 #endif
626
627 /* Zero the pages from START to END (inclusive), but use mmap/munmap instead
628  * if zeroing it ourselves, i.e. in practice give the memory back to the
629  * OS. Generally done after a large GC.
630  */
631 void zero_pages_with_mmap(page_index_t start, page_index_t end) {
632     page_index_t i;
633     void *addr = page_address(start), *new_addr;
634     os_vm_size_t length = npage_bytes(1+end-start);
635
636     if (start > end)
637       return;
638
639     gc_assert(length >= gencgc_release_granularity);
640     gc_assert((length % gencgc_release_granularity) == 0);
641
642     os_invalidate(addr, length);
643     new_addr = os_validate(addr, length);
644     if (new_addr == NULL || new_addr != addr) {
645         lose("remap_free_pages: page moved, 0x%08x ==> 0x%08x",
646              start, new_addr);
647     }
648
649     for (i = start; i <= end; i++) {
650         page_table[i].need_to_zero = 0;
651     }
652 }
653
654 /* Zero the pages from START to END (inclusive). Generally done just after
655  * a new region has been allocated.
656  */
657 static void
658 zero_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
659     if (start > end)
660       return;
661
662 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
663     fast_bzero(page_address(start), npage_bytes(1+end-start));
664 #else
665     bzero(page_address(start), npage_bytes(1+end-start));
666 #endif
667
668 }
669
670 static void
671 zero_and_mark_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
672     page_index_t i;
673
674     zero_pages(start, end);
675     for (i = start; i <= end; i++)
676         page_table[i].need_to_zero = 0;
677 }
678
679 /* Zero the pages from START to END (inclusive), except for those
680  * pages that are known to already zeroed. Mark all pages in the
681  * ranges as non-zeroed.
682  */
683 static void
684 zero_dirty_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
685     page_index_t i, j;
686
687     for (i = start; i <= end; i++) {
688         if (!page_table[i].need_to_zero) continue;
689         for (j = i+1; (j <= end) && (page_table[j].need_to_zero); j++);
690         zero_pages(i, j-1);
691         i = j;
692     }
693
694     for (i = start; i <= end; i++) {
695         page_table[i].need_to_zero = 1;
696     }
697 }
698
699
700 /*
701  * To support quick and inline allocation, regions of memory can be
702  * allocated and then allocated from with just a free pointer and a
703  * check against an end address.
704  *
705  * Since objects can be allocated to spaces with different properties
706  * e.g. boxed/unboxed, generation, ages; there may need to be many
707  * allocation regions.
708  *
709  * Each allocation region may start within a partly used page. Many
710  * features of memory use are noted on a page wise basis, e.g. the
711  * generation; so if a region starts within an existing allocated page
712  * it must be consistent with this page.
713  *
714  * During the scavenging of the newspace, objects will be transported
715  * into an allocation region, and pointers updated to point to this
716  * allocation region. It is possible that these pointers will be
717  * scavenged again before the allocation region is closed, e.g. due to
718  * trans_list which jumps all over the place to cleanup the list. It
719  * is important to be able to determine properties of all objects
720  * pointed to when scavenging, e.g to detect pointers to the oldspace.
721  * Thus it's important that the allocation regions have the correct
722  * properties set when allocated, and not just set when closed. The
723  * region allocation routines return regions with the specified
724  * properties, and grab all the pages, setting their properties
725  * appropriately, except that the amount used is not known.
726  *
727  * These regions are used to support quicker allocation using just a
728  * free pointer. The actual space used by the region is not reflected
729  * in the pages tables until it is closed. It can't be scavenged until
730  * closed.
731  *
732  * When finished with the region it should be closed, which will
733  * update the page tables for the actual space used returning unused
734  * space. Further it may be noted in the new regions which is
735  * necessary when scavenging the newspace.
736  *
737  * Large objects may be allocated directly without an allocation
738  * region, the page tables are updated immediately.
739  *
740  * Unboxed objects don't contain pointers to other objects and so
741  * don't need scavenging. Further they can't contain pointers to
742  * younger generations so WP is not needed. By allocating pages to
743  * unboxed objects the whole page never needs scavenging or
744  * write-protecting. */
745
746 /* We are only using two regions at present. Both are for the current
747  * newspace generation. */
748 struct alloc_region boxed_region;
749 struct alloc_region unboxed_region;
750
751 /* The generation currently being allocated to. */
752 static generation_index_t gc_alloc_generation;
753
754 static inline page_index_t
755 generation_alloc_start_page(generation_index_t generation, int page_type_flag, int large)
756 {
757     if (large) {
758         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
759             return generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page;
760         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
761             /* Both code and data. */
762             return generations[generation].alloc_large_start_page;
763         } else {
764             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
765         }
766     } else {
767         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
768             return generations[generation].alloc_unboxed_start_page;
769         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
770             /* Both code and data. */
771             return generations[generation].alloc_start_page;
772         } else {
773             lose("bad page_type_flag: %d", page_type_flag);
774         }
775     }
776 }
777
778 static inline void
779 set_generation_alloc_start_page(generation_index_t generation, int page_type_flag, int large,
780                                 page_index_t page)
781 {
782     if (large) {
783         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
784             generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page = page;
785         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
786             /* Both code and data. */
787             generations[generation].alloc_large_start_page = page;
788         } else {
789             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
790         }
791     } else {
792         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
793             generations[generation].alloc_unboxed_start_page = page;
794         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
795             /* Both code and data. */
796             generations[generation].alloc_start_page = page;
797         } else {
798             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
799         }
800     }
801 }
802
803 /* Find a new region with room for at least the given number of bytes.
804  *
805  * It starts looking at the current generation's alloc_start_page. So
806  * may pick up from the previous region if there is enough space. This
807  * keeps the allocation contiguous when scavenging the newspace.
808  *
809  * The alloc_region should have been closed by a call to
810  * gc_alloc_update_page_tables(), and will thus be in an empty state.
811  *
812  * To assist the scavenging functions write-protected pages are not
813  * used. Free pages should not be write-protected.
814  *
815  * It is critical to the conservative GC that the start of regions be
816  * known. To help achieve this only small regions are allocated at a
817  * time.
818  *
819  * During scavenging, pointers may be found to within the current
820  * region and the page generation must be set so that pointers to the
821  * from space can be recognized. Therefore the generation of pages in
822  * the region are set to gc_alloc_generation. To prevent another
823  * allocation call using the same pages, all the pages in the region
824  * are allocated, although they will initially be empty.
825  */
826 static void
827 gc_alloc_new_region(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
828 {
829     page_index_t first_page;
830     page_index_t last_page;
831     os_vm_size_t bytes_found;
832     page_index_t i;
833     int ret;
834
835     /*
836     FSHOW((stderr,
837            "/alloc_new_region for %d bytes from gen %d\n",
838            nbytes, gc_alloc_generation));
839     */
840
841     /* Check that the region is in a reset state. */
842     gc_assert((alloc_region->first_page == 0)
843               && (alloc_region->last_page == -1)
844               && (alloc_region->free_pointer == alloc_region->end_addr));
845     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
846     gc_assert(ret == 0);
847     first_page = generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 0);
848     last_page=gc_find_freeish_pages(&first_page, nbytes, page_type_flag);
849     bytes_found=(GENCGC_CARD_BYTES - page_table[first_page].bytes_used)
850             + npage_bytes(last_page-first_page);
851
852     /* Set up the alloc_region. */
853     alloc_region->first_page = first_page;
854     alloc_region->last_page = last_page;
855     alloc_region->start_addr = page_table[first_page].bytes_used
856         + page_address(first_page);
857     alloc_region->free_pointer = alloc_region->start_addr;
858     alloc_region->end_addr = alloc_region->start_addr + bytes_found;
859
860     /* Set up the pages. */
861
862     /* The first page may have already been in use. */
863     if (page_table[first_page].bytes_used == 0) {
864         page_table[first_page].allocated = page_type_flag;
865         page_table[first_page].gen = gc_alloc_generation;
866         page_table[first_page].large_object = 0;
867         page_table[first_page].scan_start_offset = 0;
868     }
869
870     gc_assert(page_table[first_page].allocated == page_type_flag);
871     page_table[first_page].allocated |= OPEN_REGION_PAGE_FLAG;
872
873     gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
874     gc_assert(page_table[first_page].large_object == 0);
875
876     for (i = first_page+1; i <= last_page; i++) {
877         page_table[i].allocated = page_type_flag;
878         page_table[i].gen = gc_alloc_generation;
879         page_table[i].large_object = 0;
880         /* This may not be necessary for unboxed regions (think it was
881          * broken before!) */
882         page_table[i].scan_start_offset =
883             void_diff(page_address(i),alloc_region->start_addr);
884         page_table[i].allocated |= OPEN_REGION_PAGE_FLAG ;
885     }
886     /* Bump up last_free_page. */
887     if (last_page+1 > last_free_page) {
888         last_free_page = last_page+1;
889         /* do we only want to call this on special occasions? like for
890          * boxed_region? */
891         set_alloc_pointer((lispobj)page_address(last_free_page));
892     }
893     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
894     gc_assert(ret == 0);
895
896 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
897     os_protect(page_address(first_page),
898                npage_bytes(1+last_page-first_page),
899                OS_VM_PROT_ALL);
900 #endif
901
902     /* If the first page was only partial, don't check whether it's
903      * zeroed (it won't be) and don't zero it (since the parts that
904      * we're interested in are guaranteed to be zeroed).
905      */
906     if (page_table[first_page].bytes_used) {
907         first_page++;
908     }
909
910     zero_dirty_pages(first_page, last_page);
911
912     /* we can do this after releasing free_pages_lock */
913     if (gencgc_zero_check) {
914         word_t *p;
915         for (p = (word_t *)alloc_region->start_addr;
916              p < (word_t *)alloc_region->end_addr; p++) {
917             if (*p != 0) {
918                 lose("The new region is not zero at %p (start=%p, end=%p).\n",
919                      p, alloc_region->start_addr, alloc_region->end_addr);
920             }
921         }
922     }
923 }
924
925 /* If the record_new_objects flag is 2 then all new regions created
926  * are recorded.
927  *
928  * If it's 1 then then it is only recorded if the first page of the
929  * current region is <= new_areas_ignore_page. This helps avoid
930  * unnecessary recording when doing full scavenge pass.
931  *
932  * The new_object structure holds the page, byte offset, and size of
933  * new regions of objects. Each new area is placed in the array of
934  * these structures pointer to by new_areas. new_areas_index holds the
935  * offset into new_areas.
936  *
937  * If new_area overflows NUM_NEW_AREAS then it stops adding them. The
938  * later code must detect this and handle it, probably by doing a full
939  * scavenge of a generation. */
940 #define NUM_NEW_AREAS 512
941 static int record_new_objects = 0;
942 static page_index_t new_areas_ignore_page;
943 struct new_area {
944     page_index_t page;
945     size_t offset;
946     size_t size;
947 };
948 static struct new_area (*new_areas)[];
949 static size_t new_areas_index;
950 size_t max_new_areas;
951
952 /* Add a new area to new_areas. */
953 static void
954 add_new_area(page_index_t first_page, size_t offset, size_t size)
955 {
956     size_t new_area_start, c;
957     ssize_t i;
958
959     /* Ignore if full. */
960     if (new_areas_index >= NUM_NEW_AREAS)
961         return;
962
963     switch (record_new_objects) {
964     case 0:
965         return;
966     case 1:
967         if (first_page > new_areas_ignore_page)
968             return;
969         break;
970     case 2:
971         break;
972     default:
973         gc_abort();
974     }
975
976     new_area_start = npage_bytes(first_page) + offset;
977
978     /* Search backwards for a prior area that this follows from. If
979        found this will save adding a new area. */
980     for (i = new_areas_index-1, c = 0; (i >= 0) && (c < 8); i--, c++) {
981         size_t area_end =
982             npage_bytes((*new_areas)[i].page)
983             + (*new_areas)[i].offset
984             + (*new_areas)[i].size;
985         /*FSHOW((stderr,
986                "/add_new_area S1 %d %d %d %d\n",
987                i, c, new_area_start, area_end));*/
988         if (new_area_start == area_end) {
989             /*FSHOW((stderr,
990                    "/adding to [%d] %d %d %d with %d %d %d:\n",
991                    i,
992                    (*new_areas)[i].page,
993                    (*new_areas)[i].offset,
994                    (*new_areas)[i].size,
995                    first_page,
996                    offset,
997                     size);*/
998             (*new_areas)[i].size += size;
999             return;
1000         }
1001     }
1002
1003     (*new_areas)[new_areas_index].page = first_page;
1004     (*new_areas)[new_areas_index].offset = offset;
1005     (*new_areas)[new_areas_index].size = size;
1006     /*FSHOW((stderr,
1007            "/new_area %d page %d offset %d size %d\n",
1008            new_areas_index, first_page, offset, size));*/
1009     new_areas_index++;
1010
1011     /* Note the max new_areas used. */
1012     if (new_areas_index > max_new_areas)
1013         max_new_areas = new_areas_index;
1014 }
1015
1016 /* Update the tables for the alloc_region. The region may be added to
1017  * the new_areas.
1018  *
1019  * When done the alloc_region is set up so that the next quick alloc
1020  * will fail safely and thus a new region will be allocated. Further
1021  * it is safe to try to re-update the page table of this reset
1022  * alloc_region. */
1023 void
1024 gc_alloc_update_page_tables(int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
1025 {
1026     boolean more;
1027     page_index_t first_page;
1028     page_index_t next_page;
1029     os_vm_size_t bytes_used;
1030     os_vm_size_t region_size;
1031     os_vm_size_t byte_cnt;
1032     page_bytes_t orig_first_page_bytes_used;
1033     int ret;
1034
1035
1036     first_page = alloc_region->first_page;
1037
1038     /* Catch an unused alloc_region. */
1039     if ((first_page == 0) && (alloc_region->last_page == -1))
1040         return;
1041
1042     next_page = first_page+1;
1043
1044     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
1045     gc_assert(ret == 0);
1046     if (alloc_region->free_pointer != alloc_region->start_addr) {
1047         /* some bytes were allocated in the region */
1048         orig_first_page_bytes_used = page_table[first_page].bytes_used;
1049
1050         gc_assert(alloc_region->start_addr ==
1051                   (page_address(first_page)
1052                    + page_table[first_page].bytes_used));
1053
1054         /* All the pages used need to be updated */
1055
1056         /* Update the first page. */
1057
1058         /* If the page was free then set up the gen, and
1059          * scan_start_offset. */
1060         if (page_table[first_page].bytes_used == 0)
1061             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
1062         page_table[first_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1063
1064         gc_assert(page_table[first_page].allocated & page_type_flag);
1065         gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
1066         gc_assert(page_table[first_page].large_object == 0);
1067
1068         byte_cnt = 0;
1069
1070         /* Calculate the number of bytes used in this page. This is not
1071          * always the number of new bytes, unless it was free. */
1072         more = 0;
1073         if ((bytes_used = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1074                                     page_address(first_page)))
1075             >GENCGC_CARD_BYTES) {
1076             bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1077             more = 1;
1078         }
1079         page_table[first_page].bytes_used = bytes_used;
1080         byte_cnt += bytes_used;
1081
1082
1083         /* All the rest of the pages should be free. We need to set
1084          * their scan_start_offset pointer to the start of the
1085          * region, and set the bytes_used. */
1086         while (more) {
1087             page_table[next_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1088             gc_assert(page_table[next_page].allocated & page_type_flag);
1089             gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1090             gc_assert(page_table[next_page].gen == gc_alloc_generation);
1091             gc_assert(page_table[next_page].large_object == 0);
1092
1093             gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
1094                       void_diff(page_address(next_page),
1095                                 alloc_region->start_addr));
1096
1097             /* Calculate the number of bytes used in this page. */
1098             more = 0;
1099             if ((bytes_used = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1100                                         page_address(next_page)))>GENCGC_CARD_BYTES) {
1101                 bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1102                 more = 1;
1103             }
1104             page_table[next_page].bytes_used = bytes_used;
1105             byte_cnt += bytes_used;
1106
1107             next_page++;
1108         }
1109
1110         region_size = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1111                                 alloc_region->start_addr);
1112         bytes_allocated += region_size;
1113         generations[gc_alloc_generation].bytes_allocated += region_size;
1114
1115         gc_assert((byte_cnt- orig_first_page_bytes_used) == region_size);
1116
1117         /* Set the generations alloc restart page to the last page of
1118          * the region. */
1119         set_generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 0, next_page-1);
1120
1121         /* Add the region to the new_areas if requested. */
1122         if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag)
1123             add_new_area(first_page,orig_first_page_bytes_used, region_size);
1124
1125         /*
1126         FSHOW((stderr,
1127                "/gc_alloc_update_page_tables update %d bytes to gen %d\n",
1128                region_size,
1129                gc_alloc_generation));
1130         */
1131     } else {
1132         /* There are no bytes allocated. Unallocate the first_page if
1133          * there are 0 bytes_used. */
1134         page_table[first_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1135         if (page_table[first_page].bytes_used == 0)
1136             page_table[first_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1137     }
1138
1139     /* Unallocate any unused pages. */
1140     while (next_page <= alloc_region->last_page) {
1141         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1142         page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1143         next_page++;
1144     }
1145     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1146     gc_assert(ret == 0);
1147
1148     /* alloc_region is per-thread, we're ok to do this unlocked */
1149     gc_set_region_empty(alloc_region);
1150 }
1151
1152 static inline void *gc_quick_alloc(word_t nbytes);
1153
1154 /* Allocate a possibly large object. */
1155 void *
1156 gc_alloc_large(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
1157 {
1158     boolean more;
1159     page_index_t first_page, next_page, last_page;
1160     page_bytes_t orig_first_page_bytes_used;
1161     os_vm_size_t byte_cnt;
1162     os_vm_size_t bytes_used;
1163     int ret;
1164
1165     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
1166     gc_assert(ret == 0);
1167
1168     first_page = generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 1);
1169     if (first_page <= alloc_region->last_page) {
1170         first_page = alloc_region->last_page+1;
1171     }
1172
1173     last_page=gc_find_freeish_pages(&first_page,nbytes, page_type_flag);
1174
1175     gc_assert(first_page > alloc_region->last_page);
1176
1177     set_generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 1, last_page);
1178
1179     /* Set up the pages. */
1180     orig_first_page_bytes_used = page_table[first_page].bytes_used;
1181
1182     /* If the first page was free then set up the gen, and
1183      * scan_start_offset. */
1184     if (page_table[first_page].bytes_used == 0) {
1185         page_table[first_page].allocated = page_type_flag;
1186         page_table[first_page].gen = gc_alloc_generation;
1187         page_table[first_page].scan_start_offset = 0;
1188         page_table[first_page].large_object = 1;
1189     }
1190
1191     gc_assert(page_table[first_page].allocated == page_type_flag);
1192     gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
1193     gc_assert(page_table[first_page].large_object == 1);
1194
1195     byte_cnt = 0;
1196
1197     /* Calc. the number of bytes used in this page. This is not
1198      * always the number of new bytes, unless it was free. */
1199     more = 0;
1200     if ((bytes_used = nbytes+orig_first_page_bytes_used) > GENCGC_CARD_BYTES) {
1201         bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1202         more = 1;
1203     }
1204     page_table[first_page].bytes_used = bytes_used;
1205     byte_cnt += bytes_used;
1206
1207     next_page = first_page+1;
1208
1209     /* All the rest of the pages should be free. We need to set their
1210      * scan_start_offset pointer to the start of the region, and set
1211      * the bytes_used. */
1212     while (more) {
1213         gc_assert(page_free_p(next_page));
1214         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1215         page_table[next_page].allocated = page_type_flag;
1216         page_table[next_page].gen = gc_alloc_generation;
1217         page_table[next_page].large_object = 1;
1218
1219         page_table[next_page].scan_start_offset =
1220             npage_bytes(next_page-first_page) - orig_first_page_bytes_used;
1221
1222         /* Calculate the number of bytes used in this page. */
1223         more = 0;
1224         bytes_used=(nbytes+orig_first_page_bytes_used)-byte_cnt;
1225         if (bytes_used > GENCGC_CARD_BYTES) {
1226             bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1227             more = 1;
1228         }
1229         page_table[next_page].bytes_used = bytes_used;
1230         page_table[next_page].write_protected=0;
1231         page_table[next_page].dont_move=0;
1232         byte_cnt += bytes_used;
1233         next_page++;
1234     }
1235
1236     gc_assert((byte_cnt-orig_first_page_bytes_used) == nbytes);
1237
1238     bytes_allocated += nbytes;
1239     generations[gc_alloc_generation].bytes_allocated += nbytes;
1240
1241     /* Add the region to the new_areas if requested. */
1242     if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag)
1243         add_new_area(first_page,orig_first_page_bytes_used,nbytes);
1244
1245     /* Bump up last_free_page */
1246     if (last_page+1 > last_free_page) {
1247         last_free_page = last_page+1;
1248         set_alloc_pointer((lispobj)(page_address(last_free_page)));
1249     }
1250     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1251     gc_assert(ret == 0);
1252
1253 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
1254     os_protect(page_address(first_page),
1255                npage_bytes(1+last_page-first_page),
1256                OS_VM_PROT_ALL);
1257 #endif
1258
1259     zero_dirty_pages(first_page, last_page);
1260
1261     return page_address(first_page);
1262 }
1263
1264 static page_index_t gencgc_alloc_start_page = -1;
1265
1266 void
1267 gc_heap_exhausted_error_or_lose (sword_t available, sword_t requested)
1268 {
1269     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
1270     /* Write basic information before doing anything else: if we don't
1271      * call to lisp this is a must, and even if we do there is always
1272      * the danger that we bounce back here before the error has been
1273      * handled, or indeed even printed.
1274      */
1275     report_heap_exhaustion(available, requested, thread);
1276     if (gc_active_p || (available == 0)) {
1277         /* If we are in GC, or totally out of memory there is no way
1278          * to sanely transfer control to the lisp-side of things.
1279          */
1280         lose("Heap exhausted, game over.");
1281     }
1282     else {
1283         /* FIXME: assert free_pages_lock held */
1284         (void)thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1285 #if !(defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD))
1286         gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(thread));
1287         clear_pseudo_atomic_atomic(thread);
1288         if (get_pseudo_atomic_interrupted(thread))
1289             do_pending_interrupt();
1290 #endif
1291         /* Another issue is that signalling HEAP-EXHAUSTED error leads
1292          * to running user code at arbitrary places, even in a
1293          * WITHOUT-INTERRUPTS which may lead to a deadlock without
1294          * running out of the heap. So at this point all bets are
1295          * off. */
1296         if (SymbolValue(INTERRUPTS_ENABLED,thread) == NIL)
1297             corruption_warning_and_maybe_lose
1298                 ("Signalling HEAP-EXHAUSTED in a WITHOUT-INTERRUPTS.");
1299         funcall2(StaticSymbolFunction(HEAP_EXHAUSTED_ERROR),
1300                  alloc_number(available), alloc_number(requested));
1301         lose("HEAP-EXHAUSTED-ERROR fell through");
1302     }
1303 }
1304
1305 page_index_t
1306 gc_find_freeish_pages(page_index_t *restart_page_ptr, sword_t bytes,
1307                       int page_type_flag)
1308 {
1309     page_index_t most_bytes_found_from = 0, most_bytes_found_to = 0;
1310     page_index_t first_page, last_page, restart_page = *restart_page_ptr;
1311     os_vm_size_t nbytes = bytes;
1312     os_vm_size_t nbytes_goal = nbytes;
1313     os_vm_size_t bytes_found = 0;
1314     os_vm_size_t most_bytes_found = 0;
1315     boolean small_object = nbytes < GENCGC_CARD_BYTES;
1316     /* FIXME: assert(free_pages_lock is held); */
1317
1318     if (nbytes_goal < gencgc_alloc_granularity)
1319         nbytes_goal = gencgc_alloc_granularity;
1320
1321     /* Toggled by gc_and_save for heap compaction, normally -1. */
1322     if (gencgc_alloc_start_page != -1) {
1323         restart_page = gencgc_alloc_start_page;
1324     }
1325
1326     /* FIXME: This is on bytes instead of nbytes pending cleanup of
1327      * long from the interface. */
1328     gc_assert(bytes>=0);
1329     /* Search for a page with at least nbytes of space. We prefer
1330      * not to split small objects on multiple pages, to reduce the
1331      * number of contiguous allocation regions spaning multiple
1332      * pages: this helps avoid excessive conservativism.
1333      *
1334      * For other objects, we guarantee that they start on their own
1335      * page boundary.
1336      */
1337     first_page = restart_page;
1338     while (first_page < page_table_pages) {
1339         bytes_found = 0;
1340         if (page_free_p(first_page)) {
1341                 gc_assert(0 == page_table[first_page].bytes_used);
1342                 bytes_found = GENCGC_CARD_BYTES;
1343         } else if (small_object &&
1344                    (page_table[first_page].allocated == page_type_flag) &&
1345                    (page_table[first_page].large_object == 0) &&
1346                    (page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation) &&
1347                    (page_table[first_page].write_protected == 0) &&
1348                    (page_table[first_page].dont_move == 0)) {
1349             bytes_found = GENCGC_CARD_BYTES - page_table[first_page].bytes_used;
1350             if (bytes_found < nbytes) {
1351                 if (bytes_found > most_bytes_found)
1352                     most_bytes_found = bytes_found;
1353                 first_page++;
1354                 continue;
1355             }
1356         } else {
1357             first_page++;
1358             continue;
1359         }
1360
1361         gc_assert(page_table[first_page].write_protected == 0);
1362         for (last_page = first_page+1;
1363              ((last_page < page_table_pages) &&
1364               page_free_p(last_page) &&
1365               (bytes_found < nbytes_goal));
1366              last_page++) {
1367             bytes_found += GENCGC_CARD_BYTES;
1368             gc_assert(0 == page_table[last_page].bytes_used);
1369             gc_assert(0 == page_table[last_page].write_protected);
1370         }
1371
1372         if (bytes_found > most_bytes_found) {
1373             most_bytes_found = bytes_found;
1374             most_bytes_found_from = first_page;
1375             most_bytes_found_to = last_page;
1376         }
1377         if (bytes_found >= nbytes_goal)
1378             break;
1379
1380         first_page = last_page;
1381     }
1382
1383     bytes_found = most_bytes_found;
1384     restart_page = first_page + 1;
1385
1386     /* Check for a failure */
1387     if (bytes_found < nbytes) {
1388         gc_assert(restart_page >= page_table_pages);
1389         gc_heap_exhausted_error_or_lose(most_bytes_found, nbytes);
1390     }
1391
1392     gc_assert(most_bytes_found_to);
1393     *restart_page_ptr = most_bytes_found_from;
1394     return most_bytes_found_to-1;
1395 }
1396
1397 /* Allocate bytes.  All the rest of the special-purpose allocation
1398  * functions will eventually call this  */
1399
1400 void *
1401 gc_alloc_with_region(sword_t nbytes,int page_type_flag, struct alloc_region *my_region,
1402                      int quick_p)
1403 {
1404     void *new_free_pointer;
1405
1406     if (nbytes>=large_object_size)
1407         return gc_alloc_large(nbytes, page_type_flag, my_region);
1408
1409     /* Check whether there is room in the current alloc region. */
1410     new_free_pointer = my_region->free_pointer + nbytes;
1411
1412     /* fprintf(stderr, "alloc %d bytes from %p to %p\n", nbytes,
1413        my_region->free_pointer, new_free_pointer); */
1414
1415     if (new_free_pointer <= my_region->end_addr) {
1416         /* If so then allocate from the current alloc region. */
1417         void *new_obj = my_region->free_pointer;
1418         my_region->free_pointer = new_free_pointer;
1419
1420         /* Unless a `quick' alloc was requested, check whether the
1421            alloc region is almost empty. */
1422         if (!quick_p &&
1423             void_diff(my_region->end_addr,my_region->free_pointer) <= 32) {
1424             /* If so, finished with the current region. */
1425             gc_alloc_update_page_tables(page_type_flag, my_region);
1426             /* Set up a new region. */
1427             gc_alloc_new_region(32 /*bytes*/, page_type_flag, my_region);
1428         }
1429
1430         return((void *)new_obj);
1431     }
1432
1433     /* Else not enough free space in the current region: retry with a
1434      * new region. */
1435
1436     gc_alloc_update_page_tables(page_type_flag, my_region);
1437     gc_alloc_new_region(nbytes, page_type_flag, my_region);
1438     return gc_alloc_with_region(nbytes, page_type_flag, my_region,0);
1439 }
1440
1441 /* these are only used during GC: all allocation from the mutator calls
1442  * alloc() -> gc_alloc_with_region() with the appropriate per-thread
1443  * region */
1444
1445 static inline void *
1446 gc_quick_alloc(word_t nbytes)
1447 {
1448     return gc_general_alloc(nbytes, BOXED_PAGE_FLAG, ALLOC_QUICK);
1449 }
1450
1451 static inline void *
1452 gc_alloc_unboxed(word_t nbytes)
1453 {
1454     return gc_general_alloc(nbytes, UNBOXED_PAGE_FLAG, 0);
1455 }
1456
1457 static inline void *
1458 gc_quick_alloc_unboxed(word_t nbytes)
1459 {
1460     return gc_general_alloc(nbytes, UNBOXED_PAGE_FLAG, ALLOC_QUICK);
1461 }
1462 \f
1463 /* Copy a large object. If the object is in a large object region then
1464  * it is simply promoted, else it is copied. If it's large enough then
1465  * it's copied to a large object region.
1466  *
1467  * Bignums and vectors may have shrunk. If the object is not copied
1468  * the space needs to be reclaimed, and the page_tables corrected. */
1469 static lispobj
1470 general_copy_large_object(lispobj object, word_t nwords, boolean boxedp)
1471 {
1472     int tag;
1473     lispobj *new;
1474     page_index_t first_page;
1475
1476     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1477     gc_assert(from_space_p(object));
1478     gc_assert((nwords & 0x01) == 0);
1479
1480     if ((nwords > 1024*1024) && gencgc_verbose) {
1481         FSHOW((stderr, "/general_copy_large_object: %d bytes\n",
1482                nwords*N_WORD_BYTES));
1483     }
1484
1485     /* Check whether it's a large object. */
1486     first_page = find_page_index((void *)object);
1487     gc_assert(first_page >= 0);
1488
1489     if (page_table[first_page].large_object) {
1490         /* Promote the object. Note: Unboxed objects may have been
1491          * allocated to a BOXED region so it may be necessary to
1492          * change the region to UNBOXED. */
1493         os_vm_size_t remaining_bytes;
1494         os_vm_size_t bytes_freed;
1495         page_index_t next_page;
1496         page_bytes_t old_bytes_used;
1497
1498         /* FIXME: This comment is somewhat stale.
1499          *
1500          * Note: Any page write-protection must be removed, else a
1501          * later scavenge_newspace may incorrectly not scavenge these
1502          * pages. This would not be necessary if they are added to the
1503          * new areas, but let's do it for them all (they'll probably
1504          * be written anyway?). */
1505
1506         gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
1507         next_page = first_page;
1508         remaining_bytes = nwords*N_WORD_BYTES;
1509
1510         while (remaining_bytes > GENCGC_CARD_BYTES) {
1511             gc_assert(page_table[next_page].gen == from_space);
1512             gc_assert(page_table[next_page].large_object);
1513             gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
1514                       npage_bytes(next_page-first_page));
1515             gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
1516             /* Should have been unprotected by unprotect_oldspace()
1517              * for boxed objects, and after promotion unboxed ones
1518              * should not be on protected pages at all. */
1519             gc_assert(!page_table[next_page].write_protected);
1520
1521             if (boxedp)
1522                 gc_assert(page_boxed_p(next_page));
1523             else {
1524                 gc_assert(page_allocated_no_region_p(next_page));
1525                 page_table[next_page].allocated = UNBOXED_PAGE_FLAG;
1526             }
1527             page_table[next_page].gen = new_space;
1528
1529             remaining_bytes -= GENCGC_CARD_BYTES;
1530             next_page++;
1531         }
1532
1533         /* Now only one page remains, but the object may have shrunk so
1534          * there may be more unused pages which will be freed. */
1535
1536         /* Object may have shrunk but shouldn't have grown - check. */
1537         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used >= remaining_bytes);
1538
1539         page_table[next_page].gen = new_space;
1540
1541         if (boxedp)
1542             gc_assert(page_boxed_p(next_page));
1543         else
1544             page_table[next_page].allocated = UNBOXED_PAGE_FLAG;
1545
1546         /* Adjust the bytes_used. */
1547         old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
1548         page_table[next_page].bytes_used = remaining_bytes;
1549
1550         bytes_freed = old_bytes_used - remaining_bytes;
1551
1552         /* Free any remaining pages; needs care. */
1553         next_page++;
1554         while ((old_bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES) &&
1555                (page_table[next_page].gen == from_space) &&
1556                /* FIXME: It is not obvious to me why this is necessary
1557                 * as a loop condition: it seems to me that the
1558                 * scan_start_offset test should be sufficient, but
1559                 * experimentally that is not the case. --NS
1560                 * 2011-11-28 */
1561                (boxedp ?
1562                 page_boxed_p(next_page) :
1563                 page_allocated_no_region_p(next_page)) &&
1564                page_table[next_page].large_object &&
1565                (page_table[next_page].scan_start_offset ==
1566                 npage_bytes(next_page - first_page))) {
1567             /* Checks out OK, free the page. Don't need to both zeroing
1568              * pages as this should have been done before shrinking the
1569              * object. These pages shouldn't be write-protected, even if
1570              * boxed they should be zero filled. */
1571             gc_assert(page_table[next_page].write_protected == 0);
1572
1573             old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
1574             page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1575             page_table[next_page].bytes_used = 0;
1576             bytes_freed += old_bytes_used;
1577             next_page++;
1578         }
1579
1580         if ((bytes_freed > 0) && gencgc_verbose) {
1581             FSHOW((stderr,
1582                    "/general_copy_large_object bytes_freed=%"OS_VM_SIZE_FMT"\n",
1583                    bytes_freed));
1584         }
1585
1586         generations[from_space].bytes_allocated -= nwords*N_WORD_BYTES
1587             + bytes_freed;
1588         generations[new_space].bytes_allocated += nwords*N_WORD_BYTES;
1589         bytes_allocated -= bytes_freed;
1590
1591         /* Add the region to the new_areas if requested. */
1592         if (boxedp)
1593             add_new_area(first_page,0,nwords*N_WORD_BYTES);
1594
1595         return(object);
1596
1597     } else {
1598         /* Get tag of object. */
1599         tag = lowtag_of(object);
1600
1601         /* Allocate space. */
1602         new = gc_general_alloc(nwords*N_WORD_BYTES,
1603                                (boxedp ? BOXED_PAGE_FLAG : UNBOXED_PAGE_FLAG),
1604                                ALLOC_QUICK);
1605
1606         /* Copy the object. */
1607         memcpy(new,native_pointer(object),nwords*N_WORD_BYTES);
1608
1609         /* Return Lisp pointer of new object. */
1610         return ((lispobj) new) | tag;
1611     }
1612 }
1613
1614 lispobj
1615 copy_large_object(lispobj object, sword_t nwords)
1616 {
1617     return general_copy_large_object(object, nwords, 1);
1618 }
1619
1620 lispobj
1621 copy_large_unboxed_object(lispobj object, sword_t nwords)
1622 {
1623     return general_copy_large_object(object, nwords, 0);
1624 }
1625
1626 /* to copy unboxed objects */
1627 lispobj
1628 copy_unboxed_object(lispobj object, sword_t nwords)
1629 {
1630     return gc_general_copy_object(object, nwords, UNBOXED_PAGE_FLAG);
1631 }
1632 \f
1633
1634 /*
1635  * code and code-related objects
1636  */
1637 /*
1638 static lispobj trans_fun_header(lispobj object);
1639 static lispobj trans_boxed(lispobj object);
1640 */
1641
1642 /* Scan a x86 compiled code object, looking for possible fixups that
1643  * have been missed after a move.
1644  *
1645  * Two types of fixups are needed:
1646  * 1. Absolute fixups to within the code object.
1647  * 2. Relative fixups to outside the code object.
1648  *
1649  * Currently only absolute fixups to the constant vector, or to the
1650  * code area are checked. */
1651 void
1652 sniff_code_object(struct code *code, os_vm_size_t displacement)
1653 {
1654 #ifdef LISP_FEATURE_X86
1655     sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
1656     os_vm_address_t constants_start_addr = NULL, constants_end_addr, p;
1657     os_vm_address_t code_start_addr, code_end_addr;
1658     os_vm_address_t code_addr = (os_vm_address_t)code;
1659     int fixup_found = 0;
1660
1661     if (!check_code_fixups)
1662         return;
1663
1664     FSHOW((stderr, "/sniffing code: %p, %lu\n", code, displacement));
1665
1666     ncode_words = fixnum_value(code->code_size);
1667     nheader_words = HeaderValue(*(lispobj *)code);
1668     nwords = ncode_words + nheader_words;
1669
1670     constants_start_addr = code_addr + 5*N_WORD_BYTES;
1671     constants_end_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1672     code_start_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1673     code_end_addr = code_addr + nwords*N_WORD_BYTES;
1674
1675     /* Work through the unboxed code. */
1676     for (p = code_start_addr; p < code_end_addr; p++) {
1677         void *data = *(void **)p;
1678         unsigned d1 = *((unsigned char *)p - 1);
1679         unsigned d2 = *((unsigned char *)p - 2);
1680         unsigned d3 = *((unsigned char *)p - 3);
1681         unsigned d4 = *((unsigned char *)p - 4);
1682 #if QSHOW
1683         unsigned d5 = *((unsigned char *)p - 5);
1684         unsigned d6 = *((unsigned char *)p - 6);
1685 #endif
1686
1687         /* Check for code references. */
1688         /* Check for a 32 bit word that looks like an absolute
1689            reference to within the code adea of the code object. */
1690         if ((data >= (void*)(code_start_addr-displacement))
1691             && (data < (void*)(code_end_addr-displacement))) {
1692             /* function header */
1693             if ((d4 == 0x5e)
1694                 && (((unsigned)p - 4 - 4*HeaderValue(*((unsigned *)p-1))) ==
1695                     (unsigned)code)) {
1696                 /* Skip the function header */
1697                 p += 6*4 - 4 - 1;
1698                 continue;
1699             }
1700             /* the case of PUSH imm32 */
1701             if (d1 == 0x68) {
1702                 fixup_found = 1;
1703                 FSHOW((stderr,
1704                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1705                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1706                 FSHOW((stderr, "/PUSH $0x%.8x\n", data));
1707             }
1708             /* the case of MOV [reg-8],imm32 */
1709             if ((d3 == 0xc7)
1710                 && (d2==0x40 || d2==0x41 || d2==0x42 || d2==0x43
1711                     || d2==0x45 || d2==0x46 || d2==0x47)
1712                 && (d1 == 0xf8)) {
1713                 fixup_found = 1;
1714                 FSHOW((stderr,
1715                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1716                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1717                 FSHOW((stderr, "/MOV [reg-8],$0x%.8x\n", data));
1718             }
1719             /* the case of LEA reg,[disp32] */
1720             if ((d2 == 0x8d) && ((d1 & 0xc7) == 5)) {
1721                 fixup_found = 1;
1722                 FSHOW((stderr,
1723                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1724                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1725                 FSHOW((stderr,"/LEA reg,[$0x%.8x]\n", data));
1726             }
1727         }
1728
1729         /* Check for constant references. */
1730         /* Check for a 32 bit word that looks like an absolute
1731            reference to within the constant vector. Constant references
1732            will be aligned. */
1733         if ((data >= (void*)(constants_start_addr-displacement))
1734             && (data < (void*)(constants_end_addr-displacement))
1735             && (((unsigned)data & 0x3) == 0)) {
1736             /*  Mov eax,m32 */
1737             if (d1 == 0xa1) {
1738                 fixup_found = 1;
1739                 FSHOW((stderr,
1740                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1741                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1742                 FSHOW((stderr,"/MOV eax,0x%.8x\n", data));
1743             }
1744
1745             /*  the case of MOV m32,EAX */
1746             if (d1 == 0xa3) {
1747                 fixup_found = 1;
1748                 FSHOW((stderr,
1749                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1750                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1751                 FSHOW((stderr, "/MOV 0x%.8x,eax\n", data));
1752             }
1753
1754             /* the case of CMP m32,imm32 */
1755             if ((d1 == 0x3d) && (d2 == 0x81)) {
1756                 fixup_found = 1;
1757                 FSHOW((stderr,
1758                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1759                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1760                 /* XX Check this */
1761                 FSHOW((stderr, "/CMP 0x%.8x,immed32\n", data));
1762             }
1763
1764             /* Check for a mod=00, r/m=101 byte. */
1765             if ((d1 & 0xc7) == 5) {
1766                 /* Cmp m32,reg */
1767                 if (d2 == 0x39) {
1768                     fixup_found = 1;
1769                     FSHOW((stderr,
1770                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1771                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1772                     FSHOW((stderr,"/CMP 0x%.8x,reg\n", data));
1773                 }
1774                 /* the case of CMP reg32,m32 */
1775                 if (d2 == 0x3b) {
1776                     fixup_found = 1;
1777                     FSHOW((stderr,
1778                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1779                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1780                     FSHOW((stderr, "/CMP reg32,0x%.8x\n", data));
1781                 }
1782                 /* the case of MOV m32,reg32 */
1783                 if (d2 == 0x89) {
1784                     fixup_found = 1;
1785                     FSHOW((stderr,
1786                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1787                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1788                     FSHOW((stderr, "/MOV 0x%.8x,reg32\n", data));
1789                 }
1790                 /* the case of MOV reg32,m32 */
1791                 if (d2 == 0x8b) {
1792                     fixup_found = 1;
1793                     FSHOW((stderr,
1794                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1795                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1796                     FSHOW((stderr, "/MOV reg32,0x%.8x\n", data));
1797                 }
1798                 /* the case of LEA reg32,m32 */
1799                 if (d2 == 0x8d) {
1800                     fixup_found = 1;
1801                     FSHOW((stderr,
1802                            "abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1803                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1804                     FSHOW((stderr, "/LEA reg32,0x%.8x\n", data));
1805                 }
1806             }
1807         }
1808     }
1809
1810     /* If anything was found, print some information on the code
1811      * object. */
1812     if (fixup_found) {
1813         FSHOW((stderr,
1814                "/compiled code object at %x: header words = %d, code words = %d\n",
1815                code, nheader_words, ncode_words));
1816         FSHOW((stderr,
1817                "/const start = %x, end = %x\n",
1818                constants_start_addr, constants_end_addr));
1819         FSHOW((stderr,
1820                "/code start = %x, end = %x\n",
1821                code_start_addr, code_end_addr));
1822     }
1823 #endif
1824 }
1825
1826 void
1827 gencgc_apply_code_fixups(struct code *old_code, struct code *new_code)
1828 {
1829 /* x86-64 uses pc-relative addressing instead of this kludge */
1830 #ifndef LISP_FEATURE_X86_64
1831     sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
1832     os_vm_address_t constants_start_addr, constants_end_addr;
1833     os_vm_address_t code_start_addr, code_end_addr;
1834     os_vm_address_t code_addr = (os_vm_address_t)new_code;
1835     os_vm_address_t old_addr = (os_vm_address_t)old_code;
1836     os_vm_size_t displacement = code_addr - old_addr;
1837     lispobj fixups = NIL;
1838     struct vector *fixups_vector;
1839
1840     ncode_words = fixnum_value(new_code->code_size);
1841     nheader_words = HeaderValue(*(lispobj *)new_code);
1842     nwords = ncode_words + nheader_words;
1843     /* FSHOW((stderr,
1844              "/compiled code object at %x: header words = %d, code words = %d\n",
1845              new_code, nheader_words, ncode_words)); */
1846     constants_start_addr = code_addr + 5*N_WORD_BYTES;
1847     constants_end_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1848     code_start_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1849     code_end_addr = code_addr + nwords*N_WORD_BYTES;
1850     /*
1851     FSHOW((stderr,
1852            "/const start = %x, end = %x\n",
1853            constants_start_addr,constants_end_addr));
1854     FSHOW((stderr,
1855            "/code start = %x; end = %x\n",
1856            code_start_addr,code_end_addr));
1857     */
1858
1859     /* The first constant should be a pointer to the fixups for this
1860        code objects. Check. */
1861     fixups = new_code->constants[0];
1862
1863     /* It will be 0 or the unbound-marker if there are no fixups (as
1864      * will be the case if the code object has been purified, for
1865      * example) and will be an other pointer if it is valid. */
1866     if ((fixups == 0) || (fixups == UNBOUND_MARKER_WIDETAG) ||
1867         !is_lisp_pointer(fixups)) {
1868         /* Check for possible errors. */
1869         if (check_code_fixups)
1870             sniff_code_object(new_code, displacement);
1871
1872         return;
1873     }
1874
1875     fixups_vector = (struct vector *)native_pointer(fixups);
1876
1877     /* Could be pointing to a forwarding pointer. */
1878     /* FIXME is this always in from_space?  if so, could replace this code with
1879      * forwarding_pointer_p/forwarding_pointer_value */
1880     if (is_lisp_pointer(fixups) &&
1881         (find_page_index((void*)fixups_vector) != -1) &&
1882         (fixups_vector->header == 0x01)) {
1883         /* If so, then follow it. */
1884         /*SHOW("following pointer to a forwarding pointer");*/
1885         fixups_vector =
1886             (struct vector *)native_pointer((lispobj)fixups_vector->length);
1887     }
1888
1889     /*SHOW("got fixups");*/
1890
1891     if (widetag_of(fixups_vector->header) == SIMPLE_ARRAY_WORD_WIDETAG) {
1892         /* Got the fixups for the code block. Now work through the vector,
1893            and apply a fixup at each address. */
1894         sword_t length = fixnum_value(fixups_vector->length);
1895         sword_t i;
1896         for (i = 0; i < length; i++) {
1897             long offset = fixups_vector->data[i];
1898             /* Now check the current value of offset. */
1899             os_vm_address_t old_value = *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset);
1900
1901             /* If it's within the old_code object then it must be an
1902              * absolute fixup (relative ones are not saved) */
1903             if ((old_value >= old_addr)
1904                 && (old_value < (old_addr + nwords*N_WORD_BYTES)))
1905                 /* So add the dispacement. */
1906                 *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset) =
1907                     old_value + displacement;
1908             else
1909                 /* It is outside the old code object so it must be a
1910                  * relative fixup (absolute fixups are not saved). So
1911                  * subtract the displacement. */
1912                 *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset) =
1913                     old_value - displacement;
1914         }
1915     } else {
1916         /* This used to just print a note to stderr, but a bogus fixup seems to
1917          * indicate real heap corruption, so a hard hailure is in order. */
1918         lose("fixup vector %p has a bad widetag: %d\n",
1919              fixups_vector, widetag_of(fixups_vector->header));
1920     }
1921
1922     /* Check for possible errors. */
1923     if (check_code_fixups) {
1924         sniff_code_object(new_code,displacement);
1925     }
1926 #endif
1927 }
1928
1929
1930 static lispobj
1931 trans_boxed_large(lispobj object)
1932 {
1933     lispobj header;
1934     uword_t length;
1935
1936     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1937
1938     header = *((lispobj *) native_pointer(object));
1939     length = HeaderValue(header) + 1;
1940     length = CEILING(length, 2);
1941
1942     return copy_large_object(object, length);
1943 }
1944
1945 /* Doesn't seem to be used, delete it after the grace period. */
1946 #if 0
1947 static lispobj
1948 trans_unboxed_large(lispobj object)
1949 {
1950     lispobj header;
1951     uword_t length;
1952
1953     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1954
1955     header = *((lispobj *) native_pointer(object));
1956     length = HeaderValue(header) + 1;
1957     length = CEILING(length, 2);
1958
1959     return copy_large_unboxed_object(object, length);
1960 }
1961 #endif
1962 \f
1963 /*
1964  * weak pointers
1965  */
1966
1967 /* XX This is a hack adapted from cgc.c. These don't work too
1968  * efficiently with the gencgc as a list of the weak pointers is
1969  * maintained within the objects which causes writes to the pages. A
1970  * limited attempt is made to avoid unnecessary writes, but this needs
1971  * a re-think. */
1972 #define WEAK_POINTER_NWORDS \
1973     CEILING((sizeof(struct weak_pointer) / sizeof(lispobj)), 2)
1974
1975 static sword_t
1976 scav_weak_pointer(lispobj *where, lispobj object)
1977 {
1978     /* Since we overwrite the 'next' field, we have to make
1979      * sure not to do so for pointers already in the list.
1980      * Instead of searching the list of weak_pointers each
1981      * time, we ensure that next is always NULL when the weak
1982      * pointer isn't in the list, and not NULL otherwise.
1983      * Since we can't use NULL to denote end of list, we
1984      * use a pointer back to the same weak_pointer.
1985      */
1986     struct weak_pointer * wp = (struct weak_pointer*)where;
1987
1988     if (NULL == wp->next) {
1989         wp->next = weak_pointers;
1990         weak_pointers = wp;
1991         if (NULL == wp->next)
1992             wp->next = wp;
1993     }
1994
1995     /* Do not let GC scavenge the value slot of the weak pointer.
1996      * (That is why it is a weak pointer.) */
1997
1998     return WEAK_POINTER_NWORDS;
1999 }
2000
2001 \f
2002 lispobj *
2003 search_read_only_space(void *pointer)
2004 {
2005     lispobj *start = (lispobj *) READ_ONLY_SPACE_START;
2006     lispobj *end = (lispobj *) SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0);
2007     if ((pointer < (void *)start) || (pointer >= (void *)end))
2008         return NULL;
2009     return (gc_search_space(start,
2010                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2011                             (lispobj *) pointer));
2012 }
2013
2014 lispobj *
2015 search_static_space(void *pointer)
2016 {
2017     lispobj *start = (lispobj *)STATIC_SPACE_START;
2018     lispobj *end = (lispobj *)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0);
2019     if ((pointer < (void *)start) || (pointer >= (void *)end))
2020         return NULL;
2021     return (gc_search_space(start,
2022                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2023                             (lispobj *) pointer));
2024 }
2025
2026 /* a faster version for searching the dynamic space. This will work even
2027  * if the object is in a current allocation region. */
2028 lispobj *
2029 search_dynamic_space(void *pointer)
2030 {
2031     page_index_t page_index = find_page_index(pointer);
2032     lispobj *start;
2033
2034     /* The address may be invalid, so do some checks. */
2035     if ((page_index == -1) || page_free_p(page_index))
2036         return NULL;
2037     start = (lispobj *)page_scan_start(page_index);
2038     return (gc_search_space(start,
2039                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2040                             (lispobj *)pointer));
2041 }
2042
2043 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2044
2045 /* Is there any possibility that pointer is a valid Lisp object
2046  * reference, and/or something else (e.g. subroutine call return
2047  * address) which should prevent us from moving the referred-to thing?
2048  * This is called from preserve_pointers() */
2049 static int
2050 possibly_valid_dynamic_space_pointer(lispobj *pointer)
2051 {
2052     lispobj *start_addr;
2053
2054     /* Find the object start address. */
2055     if ((start_addr = search_dynamic_space(pointer)) == NULL) {
2056         return 0;
2057     }
2058
2059     return looks_like_valid_lisp_pointer_p(pointer, start_addr);
2060 }
2061
2062 #endif  // defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2063
2064 /* Adjust large bignum and vector objects. This will adjust the
2065  * allocated region if the size has shrunk, and move unboxed objects
2066  * into unboxed pages. The pages are not promoted here, and the
2067  * promoted region is not added to the new_regions; this is really
2068  * only designed to be called from preserve_pointer(). Shouldn't fail
2069  * if this is missed, just may delay the moving of objects to unboxed
2070  * pages, and the freeing of pages. */
2071 static void
2072 maybe_adjust_large_object(lispobj *where)
2073 {
2074     page_index_t first_page;
2075     page_index_t next_page;
2076     sword_t nwords;
2077
2078     uword_t remaining_bytes;
2079     uword_t bytes_freed;
2080     uword_t old_bytes_used;
2081
2082     int boxed;
2083
2084     /* Check whether it's a vector or bignum object. */
2085     switch (widetag_of(where[0])) {
2086     case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
2087         boxed = BOXED_PAGE_FLAG;
2088         break;
2089     case BIGNUM_WIDETAG:
2090     case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
2091 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
2092     case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
2093 #endif
2094     case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
2095     case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
2096     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
2097     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
2098     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
2099     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2100     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
2101     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2102
2103     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
2104
2105     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
2106     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2107 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
2108     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
2109 #endif
2110 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2111     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2112 #endif
2113 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
2114     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2115 #endif
2116 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
2117     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2118 #endif
2119
2120     case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
2121
2122 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
2123     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2124 #endif
2125 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2126     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2127 #endif
2128     case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2129     case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2130 #ifdef SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG
2131     case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2132 #endif
2133 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
2134     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2135 #endif
2136 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
2137     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2138 #endif
2139 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
2140     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2141 #endif
2142         boxed = UNBOXED_PAGE_FLAG;
2143         break;
2144     default:
2145         return;
2146     }
2147
2148     /* Find its current size. */
2149     nwords = (sizetab[widetag_of(where[0])])(where);
2150
2151     first_page = find_page_index((void *)where);
2152     gc_assert(first_page >= 0);
2153
2154     /* Note: Any page write-protection must be removed, else a later
2155      * scavenge_newspace may incorrectly not scavenge these pages.
2156      * This would not be necessary if they are added to the new areas,
2157      * but lets do it for them all (they'll probably be written
2158      * anyway?). */
2159
2160     gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
2161
2162     next_page = first_page;
2163     remaining_bytes = nwords*N_WORD_BYTES;
2164     while (remaining_bytes > GENCGC_CARD_BYTES) {
2165         gc_assert(page_table[next_page].gen == from_space);
2166         gc_assert(page_allocated_no_region_p(next_page));
2167         gc_assert(page_table[next_page].large_object);
2168         gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
2169                   npage_bytes(next_page-first_page));
2170         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2171
2172         page_table[next_page].allocated = boxed;
2173
2174         /* Shouldn't be write-protected at this stage. Essential that the
2175          * pages aren't. */
2176         gc_assert(!page_table[next_page].write_protected);
2177         remaining_bytes -= GENCGC_CARD_BYTES;
2178         next_page++;
2179     }
2180
2181     /* Now only one page remains, but the object may have shrunk so
2182      * there may be more unused pages which will be freed. */
2183
2184     /* Object may have shrunk but shouldn't have grown - check. */
2185     gc_assert(page_table[next_page].bytes_used >= remaining_bytes);
2186
2187     page_table[next_page].allocated = boxed;
2188     gc_assert(page_table[next_page].allocated ==
2189               page_table[first_page].allocated);
2190
2191     /* Adjust the bytes_used. */
2192     old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2193     page_table[next_page].bytes_used = remaining_bytes;
2194
2195     bytes_freed = old_bytes_used - remaining_bytes;
2196
2197     /* Free any remaining pages; needs care. */
2198     next_page++;
2199     while ((old_bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES) &&
2200            (page_table[next_page].gen == from_space) &&
2201            page_allocated_no_region_p(next_page) &&
2202            page_table[next_page].large_object &&
2203            (page_table[next_page].scan_start_offset ==
2204             npage_bytes(next_page - first_page))) {
2205         /* It checks out OK, free the page. We don't need to both zeroing
2206          * pages as this should have been done before shrinking the
2207          * object. These pages shouldn't be write protected as they
2208          * should be zero filled. */
2209         gc_assert(page_table[next_page].write_protected == 0);
2210
2211         old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2212         page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2213         page_table[next_page].bytes_used = 0;
2214         bytes_freed += old_bytes_used;
2215         next_page++;
2216     }
2217
2218     if ((bytes_freed > 0) && gencgc_verbose) {
2219         FSHOW((stderr,
2220                "/maybe_adjust_large_object() freed %d\n",
2221                bytes_freed));
2222     }
2223
2224     generations[from_space].bytes_allocated -= bytes_freed;
2225     bytes_allocated -= bytes_freed;
2226
2227     return;
2228 }
2229
2230 /* Take a possible pointer to a Lisp object and mark its page in the
2231  * page_table so that it will not be relocated during a GC.
2232  *
2233  * This involves locating the page it points to, then backing up to
2234  * the start of its region, then marking all pages dont_move from there
2235  * up to the first page that's not full or has a different generation
2236  *
2237  * It is assumed that all the page static flags have been cleared at
2238  * the start of a GC.
2239  *
2240  * It is also assumed that the current gc_alloc() region has been
2241  * flushed and the tables updated. */
2242
2243 static void
2244 preserve_pointer(void *addr)
2245 {
2246     page_index_t addr_page_index = find_page_index(addr);
2247     page_index_t first_page;
2248     page_index_t i;
2249     unsigned int region_allocation;
2250
2251     /* quick check 1: Address is quite likely to have been invalid. */
2252     if ((addr_page_index == -1)
2253         || page_free_p(addr_page_index)
2254         || (page_table[addr_page_index].bytes_used == 0)
2255         || (page_table[addr_page_index].gen != from_space)
2256         /* Skip if already marked dont_move. */
2257         || (page_table[addr_page_index].dont_move != 0))
2258         return;
2259     gc_assert(!(page_table[addr_page_index].allocated&OPEN_REGION_PAGE_FLAG));
2260     /* (Now that we know that addr_page_index is in range, it's
2261      * safe to index into page_table[] with it.) */
2262     region_allocation = page_table[addr_page_index].allocated;
2263
2264     /* quick check 2: Check the offset within the page.
2265      *
2266      */
2267     if (((uword_t)addr & (GENCGC_CARD_BYTES - 1)) >
2268         page_table[addr_page_index].bytes_used)
2269         return;
2270
2271     /* Filter out anything which can't be a pointer to a Lisp object
2272      * (or, as a special case which also requires dont_move, a return
2273      * address referring to something in a CodeObject). This is
2274      * expensive but important, since it vastly reduces the
2275      * probability that random garbage will be bogusly interpreted as
2276      * a pointer which prevents a page from moving.
2277      *
2278      * This only needs to happen on x86oids, where this is used for
2279      * conservative roots.  Non-x86oid systems only ever call this
2280      * function on known-valid lisp objects. */
2281 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2282     if (!(code_page_p(addr_page_index)
2283           || (is_lisp_pointer((lispobj)addr) &&
2284               possibly_valid_dynamic_space_pointer(addr))))
2285         return;
2286 #endif
2287
2288     /* Find the beginning of the region.  Note that there may be
2289      * objects in the region preceding the one that we were passed a
2290      * pointer to: if this is the case, we will write-protect all the
2291      * previous objects' pages too.     */
2292
2293 #if 0
2294     /* I think this'd work just as well, but without the assertions.
2295      * -dan 2004.01.01 */
2296     first_page = find_page_index(page_scan_start(addr_page_index))
2297 #else
2298     first_page = addr_page_index;
2299     while (!page_starts_contiguous_block_p(first_page)) {
2300         --first_page;
2301         /* Do some checks. */
2302         gc_assert(page_table[first_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2303         gc_assert(page_table[first_page].gen == from_space);
2304         gc_assert(page_table[first_page].allocated == region_allocation);
2305     }
2306 #endif
2307
2308     /* Adjust any large objects before promotion as they won't be
2309      * copied after promotion. */
2310     if (page_table[first_page].large_object) {
2311         maybe_adjust_large_object(page_address(first_page));
2312         /* If a large object has shrunk then addr may now point to a
2313          * free area in which case it's ignored here. Note it gets
2314          * through the valid pointer test above because the tail looks
2315          * like conses. */
2316         if (page_free_p(addr_page_index)
2317             || (page_table[addr_page_index].bytes_used == 0)
2318             /* Check the offset within the page. */
2319             || (((uword_t)addr & (GENCGC_CARD_BYTES - 1))
2320                 > page_table[addr_page_index].bytes_used)) {
2321             FSHOW((stderr,
2322                    "weird? ignore ptr 0x%x to freed area of large object\n",
2323                    addr));
2324             return;
2325         }
2326         /* It may have moved to unboxed pages. */
2327         region_allocation = page_table[first_page].allocated;
2328     }
2329
2330     /* Now work forward until the end of this contiguous area is found,
2331      * marking all pages as dont_move. */
2332     for (i = first_page; ;i++) {
2333         gc_assert(page_table[i].allocated == region_allocation);
2334
2335         /* Mark the page static. */
2336         page_table[i].dont_move = 1;
2337
2338         /* It is essential that the pages are not write protected as
2339          * they may have pointers into the old-space which need
2340          * scavenging. They shouldn't be write protected at this
2341          * stage. */
2342         gc_assert(!page_table[i].write_protected);
2343
2344         /* Check whether this is the last page in this contiguous block.. */
2345         if (page_ends_contiguous_block_p(i, from_space))
2346             break;
2347     }
2348
2349     /* Check that the page is now static. */
2350     gc_assert(page_table[addr_page_index].dont_move != 0);
2351 }
2352 \f
2353 /* If the given page is not write-protected, then scan it for pointers
2354  * to younger generations or the top temp. generation, if no
2355  * suspicious pointers are found then the page is write-protected.
2356  *
2357  * Care is taken to check for pointers to the current gc_alloc()
2358  * region if it is a younger generation or the temp. generation. This
2359  * frees the caller from doing a gc_alloc_update_page_tables(). Actually
2360  * the gc_alloc_generation does not need to be checked as this is only
2361  * called from scavenge_generation() when the gc_alloc generation is
2362  * younger, so it just checks if there is a pointer to the current
2363  * region.
2364  *
2365  * We return 1 if the page was write-protected, else 0. */
2366 static int
2367 update_page_write_prot(page_index_t page)
2368 {
2369     generation_index_t gen = page_table[page].gen;
2370     sword_t j;
2371     int wp_it = 1;
2372     void **page_addr = (void **)page_address(page);
2373     sword_t num_words = page_table[page].bytes_used / N_WORD_BYTES;
2374
2375     /* Shouldn't be a free page. */
2376     gc_assert(page_allocated_p(page));
2377     gc_assert(page_table[page].bytes_used != 0);
2378
2379     /* Skip if it's already write-protected, pinned, or unboxed */
2380     if (page_table[page].write_protected
2381         /* FIXME: What's the reason for not write-protecting pinned pages? */
2382         || page_table[page].dont_move
2383         || page_unboxed_p(page))
2384         return (0);
2385
2386     /* Scan the page for pointers to younger generations or the
2387      * top temp. generation. */
2388
2389     for (j = 0; j < num_words; j++) {
2390         void *ptr = *(page_addr+j);
2391         page_index_t index = find_page_index(ptr);
2392
2393         /* Check that it's in the dynamic space */
2394         if (index != -1)
2395             if (/* Does it point to a younger or the temp. generation? */
2396                 (page_allocated_p(index)
2397                  && (page_table[index].bytes_used != 0)
2398                  && ((page_table[index].gen < gen)
2399                      || (page_table[index].gen == SCRATCH_GENERATION)))
2400
2401                 /* Or does it point within a current gc_alloc() region? */
2402                 || ((boxed_region.start_addr <= ptr)
2403                     && (ptr <= boxed_region.free_pointer))
2404                 || ((unboxed_region.start_addr <= ptr)
2405                     && (ptr <= unboxed_region.free_pointer))) {
2406                 wp_it = 0;
2407                 break;
2408             }
2409     }
2410
2411     if (wp_it == 1) {
2412         /* Write-protect the page. */
2413         /*FSHOW((stderr, "/write-protecting page %d gen %d\n", page, gen));*/
2414
2415         os_protect((void *)page_addr,
2416                    GENCGC_CARD_BYTES,
2417                    OS_VM_PROT_READ|OS_VM_PROT_EXECUTE);
2418
2419         /* Note the page as protected in the page tables. */
2420         page_table[page].write_protected = 1;
2421     }
2422
2423     return (wp_it);
2424 }
2425
2426 /* Scavenge all generations from FROM to TO, inclusive, except for
2427  * new_space which needs special handling, as new objects may be
2428  * added which are not checked here - use scavenge_newspace generation.
2429  *
2430  * Write-protected pages should not have any pointers to the
2431  * from_space so do need scavenging; thus write-protected pages are
2432  * not always scavenged. There is some code to check that these pages
2433  * are not written; but to check fully the write-protected pages need
2434  * to be scavenged by disabling the code to skip them.
2435  *
2436  * Under the current scheme when a generation is GCed the younger
2437  * generations will be empty. So, when a generation is being GCed it
2438  * is only necessary to scavenge the older generations for pointers
2439  * not the younger. So a page that does not have pointers to younger
2440  * generations does not need to be scavenged.
2441  *
2442  * The write-protection can be used to note pages that don't have
2443  * pointers to younger pages. But pages can be written without having
2444  * pointers to younger generations. After the pages are scavenged here
2445  * they can be scanned for pointers to younger generations and if
2446  * there are none the page can be write-protected.
2447  *
2448  * One complication is when the newspace is the top temp. generation.
2449  *
2450  * Enabling SC_GEN_CK scavenges the write-protected pages and checks
2451  * that none were written, which they shouldn't be as they should have
2452  * no pointers to younger generations. This breaks down for weak
2453  * pointers as the objects contain a link to the next and are written
2454  * if a weak pointer is scavenged. Still it's a useful check. */
2455 static void
2456 scavenge_generations(generation_index_t from, generation_index_t to)
2457 {
2458     page_index_t i;
2459     page_index_t num_wp = 0;
2460
2461 #define SC_GEN_CK 0
2462 #if SC_GEN_CK
2463     /* Clear the write_protected_cleared flags on all pages. */
2464     for (i = 0; i < page_table_pages; i++)
2465         page_table[i].write_protected_cleared = 0;
2466 #endif
2467
2468     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2469         generation_index_t generation = page_table[i].gen;
2470         if (page_boxed_p(i)
2471             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2472             && (generation != new_space)
2473             && (generation >= from)
2474             && (generation <= to)) {
2475             page_index_t last_page,j;
2476             int write_protected=1;
2477
2478             /* This should be the start of a region */
2479             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
2480
2481             /* Now work forward until the end of the region */
2482             for (last_page = i; ; last_page++) {
2483                 write_protected =
2484                     write_protected && page_table[last_page].write_protected;
2485                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2486                     break;
2487             }
2488             if (!write_protected) {
2489                 scavenge(page_address(i),
2490                          ((uword_t)(page_table[last_page].bytes_used
2491                                           + npage_bytes(last_page-i)))
2492                          /N_WORD_BYTES);
2493
2494                 /* Now scan the pages and write protect those that
2495                  * don't have pointers to younger generations. */
2496                 if (enable_page_protection) {
2497                     for (j = i; j <= last_page; j++) {
2498                         num_wp += update_page_write_prot(j);
2499                     }
2500                 }
2501                 if ((gencgc_verbose > 1) && (num_wp != 0)) {
2502                     FSHOW((stderr,
2503                            "/write protected %d pages within generation %d\n",
2504                            num_wp, generation));
2505                 }
2506             }
2507             i = last_page;
2508         }
2509     }
2510
2511 #if SC_GEN_CK
2512     /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2513      * have been written to. */
2514     for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2515         if (page_allocated_p(i)
2516             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2517             && (page_table[i].gen == generation)
2518             && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)) {
2519             FSHOW((stderr, "/scavenge_generation() %d\n", generation));
2520             FSHOW((stderr,
2521                    "/page bytes_used=%d scan_start_offset=%lu dont_move=%d\n",
2522                     page_table[i].bytes_used,
2523                     page_table[i].scan_start_offset,
2524                     page_table[i].dont_move));
2525             lose("write to protected page %d in scavenge_generation()\n", i);
2526         }
2527     }
2528 #endif
2529 }
2530
2531 \f
2532 /* Scavenge a newspace generation. As it is scavenged new objects may
2533  * be allocated to it; these will also need to be scavenged. This
2534  * repeats until there are no more objects unscavenged in the
2535  * newspace generation.
2536  *
2537  * To help improve the efficiency, areas written are recorded by
2538  * gc_alloc() and only these scavenged. Sometimes a little more will be
2539  * scavenged, but this causes no harm. An easy check is done that the
2540  * scavenged bytes equals the number allocated in the previous
2541  * scavenge.
2542  *
2543  * Write-protected pages are not scanned except if they are marked
2544  * dont_move in which case they may have been promoted and still have
2545  * pointers to the from space.
2546  *
2547  * Write-protected pages could potentially be written by alloc however
2548  * to avoid having to handle re-scavenging of write-protected pages
2549  * gc_alloc() does not write to write-protected pages.
2550  *
2551  * New areas of objects allocated are recorded alternatively in the two
2552  * new_areas arrays below. */
2553 static struct new_area new_areas_1[NUM_NEW_AREAS];
2554 static struct new_area new_areas_2[NUM_NEW_AREAS];
2555
2556 /* Do one full scan of the new space generation. This is not enough to
2557  * complete the job as new objects may be added to the generation in
2558  * the process which are not scavenged. */
2559 static void
2560 scavenge_newspace_generation_one_scan(generation_index_t generation)
2561 {
2562     page_index_t i;
2563
2564     FSHOW((stderr,
2565            "/starting one full scan of newspace generation %d\n",
2566            generation));
2567     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2568         /* Note that this skips over open regions when it encounters them. */
2569         if (page_boxed_p(i)
2570             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2571             && (page_table[i].gen == generation)
2572             && ((page_table[i].write_protected == 0)
2573                 /* (This may be redundant as write_protected is now
2574                  * cleared before promotion.) */
2575                 || (page_table[i].dont_move == 1))) {
2576             page_index_t last_page;
2577             int all_wp=1;
2578
2579             /* The scavenge will start at the scan_start_offset of
2580              * page i.
2581              *
2582              * We need to find the full extent of this contiguous
2583              * block in case objects span pages.
2584              *
2585              * Now work forward until the end of this contiguous area
2586              * is found. A small area is preferred as there is a
2587              * better chance of its pages being write-protected. */
2588             for (last_page = i; ;last_page++) {
2589                 /* If all pages are write-protected and movable,
2590                  * then no need to scavenge */
2591                 all_wp=all_wp && page_table[last_page].write_protected &&
2592                     !page_table[last_page].dont_move;
2593
2594                 /* Check whether this is the last page in this
2595                  * contiguous block */
2596                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2597                     break;
2598             }
2599
2600             /* Do a limited check for write-protected pages.  */
2601             if (!all_wp) {
2602                 sword_t nwords = (((uword_t)
2603                                (page_table[last_page].bytes_used
2604                                 + npage_bytes(last_page-i)
2605                                 + page_table[i].scan_start_offset))
2606                                / N_WORD_BYTES);
2607                 new_areas_ignore_page = last_page;
2608
2609                 scavenge(page_scan_start(i), nwords);
2610
2611             }
2612             i = last_page;
2613         }
2614     }
2615     FSHOW((stderr,
2616            "/done with one full scan of newspace generation %d\n",
2617            generation));
2618 }
2619
2620 /* Do a complete scavenge of the newspace generation. */
2621 static void
2622 scavenge_newspace_generation(generation_index_t generation)
2623 {
2624     size_t i;
2625
2626     /* the new_areas array currently being written to by gc_alloc() */
2627     struct new_area (*current_new_areas)[] = &new_areas_1;
2628     size_t current_new_areas_index;
2629
2630     /* the new_areas created by the previous scavenge cycle */
2631     struct new_area (*previous_new_areas)[] = NULL;
2632     size_t previous_new_areas_index;
2633
2634     /* Flush the current regions updating the tables. */
2635     gc_alloc_update_all_page_tables();
2636
2637     /* Turn on the recording of new areas by gc_alloc(). */
2638     new_areas = current_new_areas;
2639     new_areas_index = 0;
2640
2641     /* Don't need to record new areas that get scavenged anyway during
2642      * scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2643     record_new_objects = 1;
2644
2645     /* Start with a full scavenge. */
2646     scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2647
2648     /* Record all new areas now. */
2649     record_new_objects = 2;
2650
2651     /* Give a chance to weak hash tables to make other objects live.
2652      * FIXME: The algorithm implemented here for weak hash table gcing
2653      * is O(W^2+N) as Bruno Haible warns in
2654      * http://www.haible.de/bruno/papers/cs/weak/WeakDatastructures-writeup.html
2655      * see "Implementation 2". */
2656     scav_weak_hash_tables();
2657
2658     /* Flush the current regions updating the tables. */
2659     gc_alloc_update_all_page_tables();
2660
2661     /* Grab new_areas_index. */
2662     current_new_areas_index = new_areas_index;
2663
2664     /*FSHOW((stderr,
2665              "The first scan is finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2666              current_new_areas_index));*/
2667
2668     while (current_new_areas_index > 0) {
2669         /* Move the current to the previous new areas */
2670         previous_new_areas = current_new_areas;
2671         previous_new_areas_index = current_new_areas_index;
2672
2673         /* Scavenge all the areas in previous new areas. Any new areas
2674          * allocated are saved in current_new_areas. */
2675
2676         /* Allocate an array for current_new_areas; alternating between
2677          * new_areas_1 and 2 */
2678         if (previous_new_areas == &new_areas_1)
2679             current_new_areas = &new_areas_2;
2680         else
2681             current_new_areas = &new_areas_1;
2682
2683         /* Set up for gc_alloc(). */
2684         new_areas = current_new_areas;
2685         new_areas_index = 0;
2686
2687         /* Check whether previous_new_areas had overflowed. */
2688         if (previous_new_areas_index >= NUM_NEW_AREAS) {
2689
2690             /* New areas of objects allocated have been lost so need to do a
2691              * full scan to be sure! If this becomes a problem try
2692              * increasing NUM_NEW_AREAS. */
2693             if (gencgc_verbose) {
2694                 SHOW("new_areas overflow, doing full scavenge");
2695             }
2696
2697             /* Don't need to record new areas that get scavenged
2698              * anyway during scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2699             record_new_objects = 1;
2700
2701             scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2702
2703             /* Record all new areas now. */
2704             record_new_objects = 2;
2705
2706             scav_weak_hash_tables();
2707
2708             /* Flush the current regions updating the tables. */
2709             gc_alloc_update_all_page_tables();
2710
2711         } else {
2712
2713             /* Work through previous_new_areas. */
2714             for (i = 0; i < previous_new_areas_index; i++) {
2715                 page_index_t page = (*previous_new_areas)[i].page;
2716                 size_t offset = (*previous_new_areas)[i].offset;
2717                 size_t size = (*previous_new_areas)[i].size / N_WORD_BYTES;
2718                 gc_assert((*previous_new_areas)[i].size % N_WORD_BYTES == 0);
2719                 scavenge(page_address(page)+offset, size);
2720             }
2721
2722             scav_weak_hash_tables();
2723
2724             /* Flush the current regions updating the tables. */
2725             gc_alloc_update_all_page_tables();
2726         }
2727
2728         current_new_areas_index = new_areas_index;
2729
2730         /*FSHOW((stderr,
2731                  "The re-scan has finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2732                  current_new_areas_index));*/
2733     }
2734
2735     /* Turn off recording of areas allocated by gc_alloc(). */
2736     record_new_objects = 0;
2737
2738 #if SC_NS_GEN_CK
2739     {
2740         page_index_t i;
2741         /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2742          * have been written to. */
2743         for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2744             if (page_allocated_p(i)
2745                 && (page_table[i].bytes_used != 0)
2746                 && (page_table[i].gen == generation)
2747                 && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)
2748                 && (page_table[i].dont_move == 0)) {
2749                 lose("write protected page %d written to in scavenge_newspace_generation\ngeneration=%d dont_move=%d\n",
2750                      i, generation, page_table[i].dont_move);
2751             }
2752         }
2753     }
2754 #endif
2755 }
2756 \f
2757 /* Un-write-protect all the pages in from_space. This is done at the
2758  * start of a GC else there may be many page faults while scavenging
2759  * the newspace (I've seen drive the system time to 99%). These pages
2760  * would need to be unprotected anyway before unmapping in
2761  * free_oldspace; not sure what effect this has on paging.. */
2762 static void
2763 unprotect_oldspace(void)
2764 {
2765     page_index_t i;
2766     void *region_addr = 0;
2767     void *page_addr = 0;
2768     uword_t region_bytes = 0;
2769
2770     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2771         if (page_allocated_p(i)
2772             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2773             && (page_table[i].gen == from_space)) {
2774
2775             /* Remove any write-protection. We should be able to rely
2776              * on the write-protect flag to avoid redundant calls. */
2777             if (page_table[i].write_protected) {
2778                 page_table[i].write_protected = 0;
2779                 page_addr = page_address(i);
2780                 if (!region_addr) {
2781                     /* First region. */
2782                     region_addr = page_addr;
2783                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2784                 } else if (region_addr + region_bytes == page_addr) {
2785                     /* Region continue. */
2786                     region_bytes += GENCGC_CARD_BYTES;
2787                 } else {
2788                     /* Unprotect previous region. */
2789                     os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2790                     /* First page in new region. */
2791                     region_addr = page_addr;
2792                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2793                 }
2794             }
2795         }
2796     }
2797     if (region_addr) {
2798         /* Unprotect last region. */
2799         os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2800     }
2801 }
2802
2803 /* Work through all the pages and free any in from_space. This
2804  * assumes that all objects have been copied or promoted to an older
2805  * generation. Bytes_allocated and the generation bytes_allocated
2806  * counter are updated. The number of bytes freed is returned. */
2807 static uword_t
2808 free_oldspace(void)
2809 {
2810     uword_t bytes_freed = 0;
2811     page_index_t first_page, last_page;
2812
2813     first_page = 0;
2814
2815     do {
2816         /* Find a first page for the next region of pages. */
2817         while ((first_page < last_free_page)
2818                && (page_free_p(first_page)
2819                    || (page_table[first_page].bytes_used == 0)
2820                    || (page_table[first_page].gen != from_space)))
2821             first_page++;
2822
2823         if (first_page >= last_free_page)
2824             break;
2825
2826         /* Find the last page of this region. */
2827         last_page = first_page;
2828
2829         do {
2830             /* Free the page. */
2831             bytes_freed += page_table[last_page].bytes_used;
2832             generations[page_table[last_page].gen].bytes_allocated -=
2833                 page_table[last_page].bytes_used;
2834             page_table[last_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2835             page_table[last_page].bytes_used = 0;
2836             /* Should already be unprotected by unprotect_oldspace(). */
2837             gc_assert(!page_table[last_page].write_protected);
2838             last_page++;
2839         }
2840         while ((last_page < last_free_page)
2841                && page_allocated_p(last_page)
2842                && (page_table[last_page].bytes_used != 0)
2843                && (page_table[last_page].gen == from_space));
2844
2845 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
2846         os_protect(page_address(first_page),
2847                    npage_bytes(last_page-first_page),
2848                    OS_VM_PROT_NONE);
2849 #endif
2850         first_page = last_page;
2851     } while (first_page < last_free_page);
2852
2853     bytes_allocated -= bytes_freed;
2854     return bytes_freed;
2855 }
2856 \f
2857 #if 0
2858 /* Print some information about a pointer at the given address. */
2859 static void
2860 print_ptr(lispobj *addr)
2861 {
2862     /* If addr is in the dynamic space then out the page information. */
2863     page_index_t pi1 = find_page_index((void*)addr);
2864
2865     if (pi1 != -1)
2866         fprintf(stderr,"  %p: page %d  alloc %d  gen %d  bytes_used %d  offset %lu  dont_move %d\n",
2867                 addr,
2868                 pi1,
2869                 page_table[pi1].allocated,
2870                 page_table[pi1].gen,
2871                 page_table[pi1].bytes_used,
2872                 page_table[pi1].scan_start_offset,
2873                 page_table[pi1].dont_move);
2874     fprintf(stderr,"  %x %x %x %x (%x) %x %x %x %x\n",
2875             *(addr-4),
2876             *(addr-3),
2877             *(addr-2),
2878             *(addr-1),
2879             *(addr-0),
2880             *(addr+1),
2881             *(addr+2),
2882             *(addr+3),
2883             *(addr+4));
2884 }
2885 #endif
2886
2887 static int
2888 is_in_stack_space(lispobj ptr)
2889 {
2890     /* For space verification: Pointers can be valid if they point
2891      * to a thread stack space.  This would be faster if the thread
2892      * structures had page-table entries as if they were part of
2893      * the heap space. */
2894     struct thread *th;
2895     for_each_thread(th) {
2896         if ((th->control_stack_start <= (lispobj *)ptr) &&
2897             (th->control_stack_end >= (lispobj *)ptr)) {
2898             return 1;
2899         }
2900     }
2901     return 0;
2902 }
2903
2904 static void
2905 verify_space(lispobj *start, size_t words)
2906 {
2907     int is_in_dynamic_space = (find_page_index((void*)start) != -1);
2908     int is_in_readonly_space =
2909         (READ_ONLY_SPACE_START <= (uword_t)start &&
2910          (uword_t)start < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2911
2912     while (words > 0) {
2913         size_t count = 1;
2914         lispobj thing = *(lispobj*)start;
2915
2916         if (is_lisp_pointer(thing)) {
2917             page_index_t page_index = find_page_index((void*)thing);
2918             sword_t to_readonly_space =
2919                 (READ_ONLY_SPACE_START <= thing &&
2920                  thing < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2921             sword_t to_static_space =
2922                 (STATIC_SPACE_START <= thing &&
2923                  thing < SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0));
2924
2925             /* Does it point to the dynamic space? */
2926             if (page_index != -1) {
2927                 /* If it's within the dynamic space it should point to a used
2928                  * page. XX Could check the offset too. */
2929                 if (page_allocated_p(page_index)
2930                     && (page_table[page_index].bytes_used == 0))
2931                     lose ("Ptr %p @ %p sees free page.\n", thing, start);
2932                 /* Check that it doesn't point to a forwarding pointer! */
2933                 if (*((lispobj *)native_pointer(thing)) == 0x01) {
2934                     lose("Ptr %p @ %p sees forwarding ptr.\n", thing, start);
2935                 }
2936                 /* Check that its not in the RO space as it would then be a
2937                  * pointer from the RO to the dynamic space. */
2938                 if (is_in_readonly_space) {
2939                     lose("ptr to dynamic space %p from RO space %x\n",
2940                          thing, start);
2941                 }
2942                 /* Does it point to a plausible object? This check slows
2943                  * it down a lot (so it's commented out).
2944                  *
2945                  * "a lot" is serious: it ate 50 minutes cpu time on
2946                  * my duron 950 before I came back from lunch and
2947                  * killed it.
2948                  *
2949                  *   FIXME: Add a variable to enable this
2950                  * dynamically. */
2951                 /*
2952                 if (!possibly_valid_dynamic_space_pointer((lispobj *)thing)) {
2953                     lose("ptr %p to invalid object %p\n", thing, start);
2954                 }
2955                 */
2956             } else {
2957                 extern void funcallable_instance_tramp;
2958                 /* Verify that it points to another valid space. */
2959                 if (!to_readonly_space && !to_static_space
2960                     && (thing != (lispobj)&funcallable_instance_tramp)
2961                     && !is_in_stack_space(thing)) {
2962                     lose("Ptr %p @ %p sees junk.\n", thing, start);
2963                 }
2964             }
2965         } else {
2966             if (!(fixnump(thing))) {
2967                 /* skip fixnums */
2968                 switch(widetag_of(*start)) {
2969
2970                     /* boxed objects */
2971                 case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
2972                 case RATIO_WIDETAG:
2973                 case COMPLEX_WIDETAG:
2974                 case SIMPLE_ARRAY_WIDETAG:
2975                 case COMPLEX_BASE_STRING_WIDETAG:
2976 #ifdef COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG
2977                 case COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
2978 #endif
2979                 case COMPLEX_VECTOR_NIL_WIDETAG:
2980                 case COMPLEX_BIT_VECTOR_WIDETAG:
2981                 case COMPLEX_VECTOR_WIDETAG:
2982                 case COMPLEX_ARRAY_WIDETAG:
2983                 case CLOSURE_HEADER_WIDETAG:
2984                 case FUNCALLABLE_INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
2985                 case VALUE_CELL_HEADER_WIDETAG:
2986                 case SYMBOL_HEADER_WIDETAG:
2987                 case CHARACTER_WIDETAG:
2988 #if N_WORD_BITS == 64
2989                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2990 #endif
2991                 case UNBOUND_MARKER_WIDETAG:
2992                 case FDEFN_WIDETAG:
2993                     count = 1;
2994                     break;
2995
2996                 case INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
2997                     {
2998                         lispobj nuntagged;
2999                         sword_t ntotal = HeaderValue(thing);
3000                         lispobj layout = ((struct instance *)start)->slots[0];
3001                         if (!layout) {
3002                             count = 1;
3003                             break;
3004                         }
3005                         nuntagged = ((struct layout *)
3006                                      native_pointer(layout))->n_untagged_slots;
3007                         verify_space(start + 1,
3008                                      ntotal - fixnum_value(nuntagged));
3009                         count = ntotal + 1;
3010                         break;
3011                     }
3012                 case CODE_HEADER_WIDETAG:
3013                     {
3014                         lispobj object = *start;
3015                         struct code *code;
3016                         sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
3017                         lispobj fheaderl;
3018                         struct simple_fun *fheaderp;
3019
3020                         code = (struct code *) start;
3021
3022                         /* Check that it's not in the dynamic space.
3023                          * FIXME: Isn't is supposed to be OK for code
3024                          * objects to be in the dynamic space these days? */
3025                         if (is_in_dynamic_space
3026                             /* It's ok if it's byte compiled code. The trace
3027                              * table offset will be a fixnum if it's x86
3028                              * compiled code - check.
3029                              *
3030                              * FIXME: #^#@@! lack of abstraction here..
3031                              * This line can probably go away now that
3032                              * there's no byte compiler, but I've got
3033                              * too much to worry about right now to try
3034                              * to make sure. -- WHN 2001-10-06 */
3035                             && fixnump(code->trace_table_offset)
3036                             /* Only when enabled */
3037                             && verify_dynamic_code_check) {
3038                             FSHOW((stderr,
3039                                    "/code object at %p in the dynamic space\n",
3040                                    start));
3041                         }
3042
3043                         ncode_words = fixnum_value(code->code_size);
3044                         nheader_words = HeaderValue(object);
3045                         nwords = ncode_words + nheader_words;
3046                         nwords = CEILING(nwords, 2);
3047                         /* Scavenge the boxed section of the code data block */
3048                         verify_space(start + 1, nheader_words - 1);
3049
3050                         /* Scavenge the boxed section of each function
3051                          * object in the code data block. */
3052                         fheaderl = code->entry_points;
3053                         while (fheaderl != NIL) {
3054                             fheaderp =
3055                                 (struct simple_fun *) native_pointer(fheaderl);
3056                             gc_assert(widetag_of(fheaderp->header) ==
3057                                       SIMPLE_FUN_HEADER_WIDETAG);
3058                             verify_space(&fheaderp->name, 1);
3059                             verify_space(&fheaderp->arglist, 1);
3060                             verify_space(&fheaderp->type, 1);
3061                             fheaderl = fheaderp->next;
3062                         }
3063                         count = nwords;
3064                         break;
3065                     }
3066
3067                     /* unboxed objects */
3068                 case BIGNUM_WIDETAG:
3069 #if N_WORD_BITS != 64
3070                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3071 #endif
3072                 case DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3073 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3074                 case LONG_FLOAT_WIDETAG:
3075 #endif
3076 #ifdef COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3077                 case COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3078 #endif
3079 #ifdef COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3080                 case COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3081 #endif
3082 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3083                 case COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3084 #endif
3085                 case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
3086 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
3087                 case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
3088 #endif
3089                 case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
3090                 case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
3091                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
3092                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
3093                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
3094                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3095                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
3096                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3097
3098                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
3099
3100                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
3101                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3102 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
3103                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
3104 #endif
3105 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3106                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3107 #endif
3108 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
3109                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3110 #endif
3111 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
3112                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3113 #endif
3114
3115                 case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
3116
3117 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
3118                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3119 #endif
3120 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3121                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3122 #endif
3123                 case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3124                 case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3125 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3126                 case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3127 #endif
3128 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3129                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3130 #endif
3131 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3132                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3133 #endif
3134 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3135                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3136 #endif
3137                 case SAP_WIDETAG:
3138                 case WEAK_POINTER_WIDETAG:
3139 #ifdef NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG
3140                 case NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG:
3141 #endif
3142                     count = (sizetab[widetag_of(*start)])(start);
3143                     break;
3144
3145                 default:
3146                     lose("Unhandled widetag %p at %p\n",
3147                          widetag_of(*start), start);
3148                 }
3149             }
3150         }
3151         start += count;
3152         words -= count;
3153     }
3154 }
3155
3156 static void
3157 verify_gc(void)
3158 {
3159     /* FIXME: It would be nice to make names consistent so that
3160      * foo_size meant size *in* *bytes* instead of size in some
3161      * arbitrary units. (Yes, this caused a bug, how did you guess?:-)
3162      * Some counts of lispobjs are called foo_count; it might be good
3163      * to grep for all foo_size and rename the appropriate ones to
3164      * foo_count. */
3165     sword_t read_only_space_size =
3166         (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0)
3167         - (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3168     sword_t static_space_size =
3169         (lispobj*)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0)
3170         - (lispobj*)STATIC_SPACE_START;
3171     struct thread *th;
3172     for_each_thread(th) {
3173     sword_t binding_stack_size =
3174         (lispobj*)get_binding_stack_pointer(th)
3175             - (lispobj*)th->binding_stack_start;
3176         verify_space(th->binding_stack_start, binding_stack_size);
3177     }
3178     verify_space((lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3179     verify_space((lispobj*)STATIC_SPACE_START   , static_space_size);
3180 }
3181
3182 static void
3183 verify_generation(generation_index_t generation)
3184 {
3185     page_index_t i;
3186
3187     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3188         if (page_allocated_p(i)
3189             && (page_table[i].bytes_used != 0)
3190             && (page_table[i].gen == generation)) {
3191             page_index_t last_page;
3192             int region_allocation = page_table[i].allocated;
3193
3194             /* This should be the start of a contiguous block */
3195             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
3196
3197             /* Need to find the full extent of this contiguous block in case
3198                objects span pages. */
3199
3200             /* Now work forward until the end of this contiguous area is
3201                found. */
3202             for (last_page = i; ;last_page++)
3203                 /* Check whether this is the last page in this contiguous
3204                  * block. */
3205                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
3206                     break;
3207
3208             verify_space(page_address(i),
3209                          ((uword_t)
3210                           (page_table[last_page].bytes_used
3211                            + npage_bytes(last_page-i)))
3212                          / N_WORD_BYTES);
3213             i = last_page;
3214         }
3215     }
3216 }
3217
3218 /* Check that all the free space is zero filled. */
3219 static void
3220 verify_zero_fill(void)
3221 {
3222     page_index_t page;
3223
3224     for (page = 0; page < last_free_page; page++) {
3225         if (page_free_p(page)) {
3226             /* The whole page should be zero filled. */
3227             sword_t *start_addr = (sword_t *)page_address(page);
3228             sword_t size = 1024;
3229             sword_t i;
3230             for (i = 0; i < size; i++) {
3231                 if (start_addr[i] != 0) {
3232                     lose("free page not zero at %x\n", start_addr + i);
3233                 }
3234             }
3235         } else {
3236             sword_t free_bytes = GENCGC_CARD_BYTES - page_table[page].bytes_used;
3237             if (free_bytes > 0) {
3238                 sword_t *start_addr = (sword_t *)((uword_t)page_address(page)
3239                                           + page_table[page].bytes_used);
3240                 sword_t size = free_bytes / N_WORD_BYTES;
3241                 sword_t i;
3242                 for (i = 0; i < size; i++) {
3243                     if (start_addr[i] != 0) {
3244                         lose("free region not zero at %x\n", start_addr + i);
3245                     }
3246                 }
3247             }
3248         }
3249     }
3250 }
3251
3252 /* External entry point for verify_zero_fill */
3253 void
3254 gencgc_verify_zero_fill(void)
3255 {
3256     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3257     gc_alloc_update_all_page_tables();
3258     SHOW("verifying zero fill");
3259     verify_zero_fill();
3260 }
3261
3262 static void
3263 verify_dynamic_space(void)
3264 {
3265     generation_index_t i;
3266
3267     for (i = 0; i <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION; i++)
3268         verify_generation(i);
3269
3270     if (gencgc_enable_verify_zero_fill)
3271         verify_zero_fill();
3272 }
3273 \f
3274 /* Write-protect all the dynamic boxed pages in the given generation. */
3275 static void
3276 write_protect_generation_pages(generation_index_t generation)
3277 {
3278     page_index_t start;
3279
3280     gc_assert(generation < SCRATCH_GENERATION);
3281
3282     for (start = 0; start < last_free_page; start++) {
3283         if (protect_page_p(start, generation)) {
3284             void *page_start;
3285             page_index_t last;
3286
3287             /* Note the page as protected in the page tables. */
3288             page_table[start].write_protected = 1;
3289
3290             for (last = start + 1; last < last_free_page; last++) {
3291                 if (!protect_page_p(last, generation))
3292                   break;
3293                 page_table[last].write_protected = 1;
3294             }
3295
3296             page_start = (void *)page_address(start);
3297
3298             os_protect(page_start,
3299                        npage_bytes(last - start),
3300                        OS_VM_PROT_READ | OS_VM_PROT_EXECUTE);
3301
3302             start = last;
3303         }
3304     }
3305
3306     if (gencgc_verbose > 1) {
3307         FSHOW((stderr,
3308                "/write protected %d of %d pages in generation %d\n",
3309                count_write_protect_generation_pages(generation),
3310                count_generation_pages(generation),
3311                generation));
3312     }
3313 }
3314
3315 #if defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD) && (defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64))
3316 static void
3317 preserve_context_registers (os_context_t *c)
3318 {
3319     void **ptr;
3320     /* On Darwin the signal context isn't a contiguous block of memory,
3321      * so just preserve_pointering its contents won't be sufficient.
3322      */
3323 #if defined(LISP_FEATURE_DARWIN)||defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3324 #if defined LISP_FEATURE_X86
3325     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EAX));
3326     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ECX));
3327     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDX));
3328     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EBX));
3329     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ESI));
3330     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDI));
3331     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3332 #elif defined LISP_FEATURE_X86_64
3333     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RAX));
3334     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RCX));
3335     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDX));
3336     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RBX));
3337     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RSI));
3338     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDI));
3339     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R8));
3340     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R9));
3341     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R10));
3342     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R11));
3343     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R12));
3344     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R13));
3345     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R14));
3346     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R15));
3347     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3348 #else
3349     #error "preserve_context_registers needs to be tweaked for non-x86 Darwin"
3350 #endif
3351 #endif
3352 #if !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3353     for(ptr = ((void **)(c+1))-1; ptr>=(void **)c; ptr--) {
3354         preserve_pointer(*ptr);
3355     }
3356 #endif
3357 }
3358 #endif
3359
3360 static void
3361 move_pinned_pages_to_newspace()
3362 {
3363     page_index_t i;
3364
3365     /* scavenge() will evacuate all oldspace pages, but no newspace
3366      * pages.  Pinned pages are precisely those pages which must not
3367      * be evacuated, so move them to newspace directly. */
3368
3369     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3370         if (page_table[i].dont_move &&
3371             /* dont_move is cleared lazily, so validate the space as well. */
3372             page_table[i].gen == from_space) {
3373             page_table[i].gen = new_space;
3374             /* And since we're moving the pages wholesale, also adjust
3375              * the generation allocation counters. */
3376             generations[new_space].bytes_allocated += page_table[i].bytes_used;
3377             generations[from_space].bytes_allocated -= page_table[i].bytes_used;
3378         }
3379     }
3380 }
3381
3382 /* Garbage collect a generation. If raise is 0 then the remains of the
3383  * generation are not raised to the next generation. */
3384 static void
3385 garbage_collect_generation(generation_index_t generation, int raise)
3386 {
3387     uword_t bytes_freed;
3388     page_index_t i;
3389     uword_t static_space_size;
3390     struct thread *th;
3391
3392     gc_assert(generation <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION);
3393
3394     /* The oldest generation can't be raised. */
3395     gc_assert((generation != HIGHEST_NORMAL_GENERATION) || (raise == 0));
3396
3397     /* Check if weak hash tables were processed in the previous GC. */
3398     gc_assert(weak_hash_tables == NULL);
3399
3400     /* Initialize the weak pointer list. */
3401     weak_pointers = NULL;
3402
3403     /* When a generation is not being raised it is transported to a
3404      * temporary generation (NUM_GENERATIONS), and lowered when
3405      * done. Set up this new generation. There should be no pages
3406      * allocated to it yet. */
3407     if (!raise) {
3408          gc_assert(generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated == 0);
3409     }
3410
3411     /* Set the global src and dest. generations */
3412     from_space = generation;
3413     if (raise)
3414         new_space = generation+1;
3415     else
3416         new_space = SCRATCH_GENERATION;
3417
3418     /* Change to a new space for allocation, resetting the alloc_start_page */
3419     gc_alloc_generation = new_space;
3420     generations[new_space].alloc_start_page = 0;
3421     generations[new_space].alloc_unboxed_start_page = 0;
3422     generations[new_space].alloc_large_start_page = 0;
3423     generations[new_space].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3424
3425     /* Before any pointers are preserved, the dont_move flags on the
3426      * pages need to be cleared. */
3427     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3428         if(page_table[i].gen==from_space)
3429             page_table[i].dont_move = 0;
3430
3431     /* Un-write-protect the old-space pages. This is essential for the
3432      * promoted pages as they may contain pointers into the old-space
3433      * which need to be scavenged. It also helps avoid unnecessary page
3434      * faults as forwarding pointers are written into them. They need to
3435      * be un-protected anyway before unmapping later. */
3436     unprotect_oldspace();
3437
3438     /* Scavenge the stacks' conservative roots. */
3439
3440     /* there are potentially two stacks for each thread: the main
3441      * stack, which may contain Lisp pointers, and the alternate stack.
3442      * We don't ever run Lisp code on the altstack, but it may
3443      * host a sigcontext with lisp objects in it */
3444
3445     /* what we need to do: (1) find the stack pointer for the main
3446      * stack; scavenge it (2) find the interrupt context on the
3447      * alternate stack that might contain lisp values, and scavenge
3448      * that */
3449
3450     /* we assume that none of the preceding applies to the thread that
3451      * initiates GC.  If you ever call GC from inside an altstack
3452      * handler, you will lose. */
3453
3454 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3455     /* And if we're saving a core, there's no point in being conservative. */
3456     if (conservative_stack) {
3457         for_each_thread(th) {
3458             void **ptr;
3459             void **esp=(void **)-1;
3460             if (th->state == STATE_DEAD)
3461                 continue;
3462 # if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
3463             /* Conservative collect_garbage is always invoked with a
3464              * foreign C call or an interrupt handler on top of every
3465              * existing thread, so the stored SP in each thread
3466              * structure is valid, no matter which thread we are looking
3467              * at.  For threads that were running Lisp code, the pitstop
3468              * and edge functions maintain this value within the
3469              * interrupt or exception handler. */
3470             esp = os_get_csp(th);
3471             assert_on_stack(th, esp);
3472
3473             /* In addition to pointers on the stack, also preserve the
3474              * return PC, the only value from the context that we need
3475              * in addition to the SP.  The return PC gets saved by the
3476              * foreign call wrapper, and removed from the control stack
3477              * into a register. */
3478             preserve_pointer(th->pc_around_foreign_call);
3479
3480             /* And on platforms with interrupts: scavenge ctx registers. */
3481
3482             /* Disabled on Windows, because it does not have an explicit
3483              * stack of `interrupt_contexts'.  The reported CSP has been
3484              * chosen so that the current context on the stack is
3485              * covered by the stack scan.  See also set_csp_from_context(). */
3486 #  ifndef LISP_FEATURE_WIN32
3487             if (th != arch_os_get_current_thread()) {
3488                 long k = fixnum_value(
3489                     SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3490                 while (k > 0)
3491                     preserve_context_registers(th->interrupt_contexts[--k]);
3492             }
3493 #  endif
3494 # elif defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD)
3495             sword_t i,free;
3496             if(th==arch_os_get_current_thread()) {
3497                 /* Somebody is going to burn in hell for this, but casting
3498                  * it in two steps shuts gcc up about strict aliasing. */
3499                 esp = (void **)((void *)&raise);
3500             } else {
3501                 void **esp1;
3502                 free=fixnum_value(SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3503                 for(i=free-1;i>=0;i--) {
3504                     os_context_t *c=th->interrupt_contexts[i];
3505                     esp1 = (void **) *os_context_register_addr(c,reg_SP);
3506                     if (esp1>=(void **)th->control_stack_start &&
3507                         esp1<(void **)th->control_stack_end) {
3508                         if(esp1<esp) esp=esp1;
3509                         preserve_context_registers(c);
3510                     }
3511                 }
3512             }
3513 # else
3514             esp = (void **)((void *)&raise);
3515 # endif
3516             if (!esp || esp == (void*) -1)
3517                 lose("garbage_collect: no SP known for thread %x (OS %x)",
3518                      th, th->os_thread);
3519             for (ptr = ((void **)th->control_stack_end)-1; ptr >= esp;  ptr--) {
3520                 preserve_pointer(*ptr);
3521             }
3522         }
3523     }
3524 #else
3525     /* Non-x86oid systems don't have "conservative roots" as such, but
3526      * the same mechanism is used for objects pinned for use by alien
3527      * code. */
3528     for_each_thread(th) {
3529         lispobj pin_list = SymbolTlValue(PINNED_OBJECTS,th);
3530         while (pin_list != NIL) {
3531             struct cons *list_entry =
3532                 (struct cons *)native_pointer(pin_list);
3533             preserve_pointer(list_entry->car);
3534             pin_list = list_entry->cdr;
3535         }
3536     }
3537 #endif
3538
3539 #if QSHOW
3540     if (gencgc_verbose > 1) {
3541         sword_t num_dont_move_pages = count_dont_move_pages();
3542         fprintf(stderr,
3543                 "/non-movable pages due to conservative pointers = %d (%d bytes)\n",
3544                 num_dont_move_pages,
3545                 npage_bytes(num_dont_move_pages));
3546     }
3547 #endif
3548
3549     /* Now that all of the pinned (dont_move) pages are known, and
3550      * before we start to scavenge (and thus relocate) objects,
3551      * relocate the pinned pages to newspace, so that the scavenger
3552      * will not attempt to relocate their contents. */
3553     move_pinned_pages_to_newspace();
3554
3555     /* Scavenge all the rest of the roots. */
3556
3557 #if !defined(LISP_FEATURE_X86) && !defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3558     /*
3559      * If not x86, we need to scavenge the interrupt context(s) and the
3560      * control stack.
3561      */
3562     {
3563         struct thread *th;
3564         for_each_thread(th) {
3565             scavenge_interrupt_contexts(th);
3566             scavenge_control_stack(th);
3567         }
3568
3569 # ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
3570         /* In this case, scrub all stacks right here from the GCing thread
3571          * instead of doing what the comment below says.  Suboptimal, but
3572          * easier. */
3573         for_each_thread(th)
3574             scrub_thread_control_stack(th);
3575 # else
3576         /* Scrub the unscavenged control stack space, so that we can't run
3577          * into any stale pointers in a later GC (this is done by the
3578          * stop-for-gc handler in the other threads). */
3579         scrub_control_stack();
3580 # endif
3581     }
3582 #endif
3583
3584     /* Scavenge the Lisp functions of the interrupt handlers, taking
3585      * care to avoid SIG_DFL and SIG_IGN. */
3586     for (i = 0; i < NSIG; i++) {
3587         union interrupt_handler handler = interrupt_handlers[i];
3588         if (!ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_IGN) &&
3589             !ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_DFL)) {
3590             scavenge((lispobj *)(interrupt_handlers + i), 1);
3591         }
3592     }
3593     /* Scavenge the binding stacks. */
3594     {
3595         struct thread *th;
3596         for_each_thread(th) {
3597             sword_t len= (lispobj *)get_binding_stack_pointer(th) -
3598                 th->binding_stack_start;
3599             scavenge((lispobj *) th->binding_stack_start,len);
3600 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
3601             /* do the tls as well */
3602             len=(SymbolValue(FREE_TLS_INDEX,0) >> WORD_SHIFT) -
3603                 (sizeof (struct thread))/(sizeof (lispobj));
3604             scavenge((lispobj *) (th+1),len);
3605 #endif
3606         }
3607     }
3608
3609     /* The original CMU CL code had scavenge-read-only-space code
3610      * controlled by the Lisp-level variable
3611      * *SCAVENGE-READ-ONLY-SPACE*. It was disabled by default, and it
3612      * wasn't documented under what circumstances it was useful or
3613      * safe to turn it on, so it's been turned off in SBCL. If you
3614      * want/need this functionality, and can test and document it,
3615      * please submit a patch. */
3616 #if 0
3617     if (SymbolValue(SCAVENGE_READ_ONLY_SPACE) != NIL) {
3618         uword_t read_only_space_size =
3619             (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER) -
3620             (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3621         FSHOW((stderr,
3622                "/scavenge read only space: %d bytes\n",
3623                read_only_space_size * sizeof(lispobj)));
3624         scavenge( (lispobj *) READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3625     }
3626 #endif
3627
3628     /* Scavenge static space. */
3629     static_space_size =
3630         (lispobj *)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0) -
3631         (lispobj *)STATIC_SPACE_START;
3632     if (gencgc_verbose > 1) {
3633         FSHOW((stderr,
3634                "/scavenge static space: %d bytes\n",
3635                static_space_size * sizeof(lispobj)));
3636     }
3637     scavenge( (lispobj *) STATIC_SPACE_START, static_space_size);
3638
3639     /* All generations but the generation being GCed need to be
3640      * scavenged. The new_space generation needs special handling as
3641      * objects may be moved in - it is handled separately below. */
3642     scavenge_generations(generation+1, PSEUDO_STATIC_GENERATION);
3643
3644     /* Finally scavenge the new_space generation. Keep going until no
3645      * more objects are moved into the new generation */
3646     scavenge_newspace_generation(new_space);
3647
3648     /* FIXME: I tried reenabling this check when debugging unrelated
3649      * GC weirdness ca. sbcl-0.6.12.45, and it failed immediately.
3650      * Since the current GC code seems to work well, I'm guessing that
3651      * this debugging code is just stale, but I haven't tried to
3652      * figure it out. It should be figured out and then either made to
3653      * work or just deleted. */
3654 #define RESCAN_CHECK 0
3655 #if RESCAN_CHECK
3656     /* As a check re-scavenge the newspace once; no new objects should
3657      * be found. */
3658     {
3659         os_vm_size_t old_bytes_allocated = bytes_allocated;
3660         os_vm_size_t bytes_allocated;
3661
3662         /* Start with a full scavenge. */
3663         scavenge_newspace_generation_one_scan(new_space);
3664
3665         /* Flush the current regions, updating the tables. */
3666         gc_alloc_update_all_page_tables();
3667
3668         bytes_allocated = bytes_allocated - old_bytes_allocated;
3669
3670         if (bytes_allocated != 0) {
3671             lose("Rescan of new_space allocated %d more bytes.\n",
3672                  bytes_allocated);
3673         }
3674     }
3675 #endif
3676
3677     scan_weak_hash_tables();
3678     scan_weak_pointers();
3679
3680     /* Flush the current regions, updating the tables. */
3681     gc_alloc_update_all_page_tables();
3682
3683     /* Free the pages in oldspace, but not those marked dont_move. */
3684     bytes_freed = free_oldspace();
3685
3686     /* If the GC is not raising the age then lower the generation back
3687      * to its normal generation number */
3688     if (!raise) {
3689         for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3690             if ((page_table[i].bytes_used != 0)
3691                 && (page_table[i].gen == SCRATCH_GENERATION))
3692                 page_table[i].gen = generation;
3693         gc_assert(generations[generation].bytes_allocated == 0);
3694         generations[generation].bytes_allocated =
3695             generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated;
3696         generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated = 0;
3697     }
3698
3699     /* Reset the alloc_start_page for generation. */
3700     generations[generation].alloc_start_page = 0;
3701     generations[generation].alloc_unboxed_start_page = 0;
3702     generations[generation].alloc_large_start_page = 0;
3703     generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3704
3705     if (generation >= verify_gens) {
3706         if (gencgc_verbose) {
3707             SHOW("verifying");
3708         }
3709         verify_gc();
3710         verify_dynamic_space();
3711     }
3712
3713     /* Set the new gc trigger for the GCed generation. */
3714     generations[generation].gc_trigger =
3715         generations[generation].bytes_allocated
3716         + generations[generation].bytes_consed_between_gc;
3717
3718     if (raise)
3719         generations[generation].num_gc = 0;
3720     else
3721         ++generations[generation].num_gc;
3722
3723 }
3724
3725 /* Update last_free_page, then SymbolValue(ALLOCATION_POINTER). */
3726 sword_t
3727 update_dynamic_space_free_pointer(void)
3728 {
3729     page_index_t last_page = -1, i;
3730
3731     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3732         if (page_allocated_p(i) && (page_table[i].bytes_used != 0))
3733             last_page = i;
3734
3735     last_free_page = last_page+1;
3736
3737     set_alloc_pointer((lispobj)(page_address(last_free_page)));
3738     return 0; /* dummy value: return something ... */
3739 }
3740
3741 static void
3742 remap_page_range (page_index_t from, page_index_t to)
3743 {
3744     /* There's a mysterious Solaris/x86 problem with using mmap
3745      * tricks for memory zeroing. See sbcl-devel thread
3746      * "Re: patch: standalone executable redux".
3747      */
3748 #if defined(LISP_FEATURE_SUNOS)
3749     zero_and_mark_pages(from, to);
3750 #else
3751     const page_index_t
3752             release_granularity = gencgc_release_granularity/GENCGC_CARD_BYTES,
3753                    release_mask = release_granularity-1,
3754                             end = to+1,
3755                    aligned_from = (from+release_mask)&~release_mask,
3756                     aligned_end = (end&~release_mask);
3757
3758     if (aligned_from < aligned_end) {
3759         zero_pages_with_mmap(aligned_from, aligned_end-1);
3760         if (aligned_from != from)
3761             zero_and_mark_pages(from, aligned_from-1);
3762         if (aligned_end != end)
3763             zero_and_mark_pages(aligned_end, end-1);
3764     } else {
3765         zero_and_mark_pages(from, to);
3766     }
3767 #endif
3768 }
3769
3770 static void
3771 remap_free_pages (page_index_t from, page_index_t to, int forcibly)
3772 {
3773     page_index_t first_page, last_page;
3774
3775     if (forcibly)
3776         return remap_page_range(from, to);
3777
3778     for (first_page = from; first_page <= to; first_page++) {
3779         if (page_allocated_p(first_page) ||
3780             (page_table[first_page].need_to_zero == 0))
3781             continue;
3782
3783         last_page = first_page + 1;
3784         while (page_free_p(last_page) &&
3785                (last_page <= to) &&
3786                (page_table[last_page].need_to_zero == 1))
3787             last_page++;
3788
3789         remap_page_range(first_page, last_page-1);
3790
3791         first_page = last_page;
3792     }
3793 }
3794
3795 generation_index_t small_generation_limit = 1;
3796
3797 /* GC all generations newer than last_gen, raising the objects in each
3798  * to the next older generation - we finish when all generations below
3799  * last_gen are empty.  Then if last_gen is due for a GC, or if
3800  * last_gen==NUM_GENERATIONS (the scratch generation?  eh?) we GC that
3801  * too.  The valid range for last_gen is: 0,1,...,NUM_GENERATIONS.
3802  *
3803  * We stop collecting at gencgc_oldest_gen_to_gc, even if this is less than
3804  * last_gen (oh, and note that by default it is NUM_GENERATIONS-1) */
3805 void
3806 collect_garbage(generation_index_t last_gen)
3807 {
3808     generation_index_t gen = 0, i;
3809     int raise, more = 0;
3810     int gen_to_wp;
3811     /* The largest value of last_free_page seen since the time
3812      * remap_free_pages was called. */
3813     static page_index_t high_water_mark = 0;
3814
3815     FSHOW((stderr, "/entering collect_garbage(%d)\n", last_gen));
3816     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC Start ===");
3817
3818     gc_active_p = 1;
3819
3820     if (last_gen > HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1) {
3821         FSHOW((stderr,
3822                "/collect_garbage: last_gen = %d, doing a level 0 GC\n",
3823                last_gen));
3824         last_gen = 0;
3825     }
3826
3827     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3828     gc_alloc_update_all_page_tables();
3829
3830     /* Verify the new objects created by Lisp code. */
3831     if (pre_verify_gen_0) {
3832         FSHOW((stderr, "pre-checking generation 0\n"));
3833         verify_generation(0);
3834     }
3835
3836     if (gencgc_verbose > 1)
3837         print_generation_stats();
3838
3839     do {
3840         /* Collect the generation. */
3841
3842         if (more || (gen >= gencgc_oldest_gen_to_gc)) {
3843             /* Never raise the oldest generation. Never raise the extra generation
3844              * collected due to more-flag. */
3845             raise = 0;
3846             more = 0;
3847         } else {
3848             raise =
3849                 (gen < last_gen)
3850                 || (generations[gen].num_gc >= generations[gen].number_of_gcs_before_promotion);
3851             /* If we would not normally raise this one, but we're
3852              * running low on space in comparison to the object-sizes
3853              * we've been seeing, raise it and collect the next one
3854              * too. */
3855             if (!raise && gen == last_gen) {
3856                 more = (2*large_allocation) >= (dynamic_space_size - bytes_allocated);
3857                 raise = more;
3858             }
3859         }
3860
3861         if (gencgc_verbose > 1) {
3862             FSHOW((stderr,
3863                    "starting GC of generation %d with raise=%d alloc=%d trig=%d GCs=%d\n",
3864                    gen,
3865                    raise,
3866                    generations[gen].bytes_allocated,
3867                    generations[gen].gc_trigger,
3868                    generations[gen].num_gc));
3869         }
3870
3871         /* If an older generation is being filled, then update its
3872          * memory age. */
3873         if (raise == 1) {
3874             generations[gen+1].cum_sum_bytes_allocated +=
3875                 generations[gen+1].bytes_allocated;
3876         }
3877
3878         garbage_collect_generation(gen, raise);
3879
3880         /* Reset the memory age cum_sum. */
3881         generations[gen].cum_sum_bytes_allocated = 0;
3882
3883         if (gencgc_verbose > 1) {
3884             FSHOW((stderr, "GC of generation %d finished:\n", gen));
3885             print_generation_stats();
3886         }
3887
3888         gen++;
3889     } while ((gen <= gencgc_oldest_gen_to_gc)
3890              && ((gen < last_gen)
3891                  || more
3892                  || (raise
3893                      && (generations[gen].bytes_allocated
3894                          > generations[gen].gc_trigger)
3895                      && (generation_average_age(gen)
3896                          > generations[gen].minimum_age_before_gc))));
3897
3898     /* Now if gen-1 was raised all generations before gen are empty.
3899      * If it wasn't raised then all generations before gen-1 are empty.
3900      *
3901      * Now objects within this gen's pages cannot point to younger
3902      * generations unless they are written to. This can be exploited
3903      * by write-protecting the pages of gen; then when younger
3904      * generations are GCed only the pages which have been written
3905      * need scanning. */
3906     if (raise)
3907         gen_to_wp = gen;
3908     else
3909         gen_to_wp = gen - 1;
3910
3911     /* There's not much point in WPing pages in generation 0 as it is
3912      * never scavenged (except promoted pages). */
3913     if ((gen_to_wp > 0) && enable_page_protection) {
3914         /* Check that they are all empty. */
3915         for (i = 0; i < gen_to_wp; i++) {
3916             if (generations[i].bytes_allocated)
3917                 lose("trying to write-protect gen. %d when gen. %d nonempty\n",
3918                      gen_to_wp, i);
3919         }
3920         write_protect_generation_pages(gen_to_wp);
3921     }
3922
3923     /* Set gc_alloc() back to generation 0. The current regions should
3924      * be flushed after the above GCs. */
3925     gc_assert((boxed_region.free_pointer - boxed_region.start_addr) == 0);
3926     gc_alloc_generation = 0;
3927
3928     /* Save the high-water mark before updating last_free_page */
3929     if (last_free_page > high_water_mark)
3930         high_water_mark = last_free_page;
3931
3932     update_dynamic_space_free_pointer();
3933
3934     /* Update auto_gc_trigger. Make sure we trigger the next GC before
3935      * running out of heap! */
3936     if (bytes_consed_between_gcs <= (dynamic_space_size - bytes_allocated))
3937         auto_gc_trigger = bytes_allocated + bytes_consed_between_gcs;
3938     else
3939         auto_gc_trigger = bytes_allocated + (dynamic_space_size - bytes_allocated)/2;
3940
3941     if(gencgc_verbose)
3942         fprintf(stderr,"Next gc when %"OS_VM_SIZE_FMT" bytes have been consed\n",
3943                 auto_gc_trigger);
3944
3945     /* If we did a big GC (arbitrarily defined as gen > 1), release memory
3946      * back to the OS.
3947      */
3948     if (gen > small_generation_limit) {
3949         if (last_free_page > high_water_mark)
3950             high_water_mark = last_free_page;
3951         remap_free_pages(0, high_water_mark, 0);
3952         high_water_mark = 0;
3953     }
3954
3955     gc_active_p = 0;
3956     large_allocation = 0;
3957
3958     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC End ===");
3959     SHOW("returning from collect_garbage");
3960 }
3961
3962 /* This is called by Lisp PURIFY when it is finished. All live objects
3963  * will have been moved to the RO and Static heaps. The dynamic space
3964  * will need a full re-initialization. We don't bother having Lisp
3965  * PURIFY flush the current gc_alloc() region, as the page_tables are
3966  * re-initialized, and every page is zeroed to be sure. */
3967 void
3968 gc_free_heap(void)
3969 {
3970     page_index_t page, last_page;
3971
3972     if (gencgc_verbose > 1) {
3973         SHOW("entering gc_free_heap");
3974     }
3975
3976     for (page = 0; page < page_table_pages; page++) {
3977         /* Skip free pages which should already be zero filled. */
3978         if (page_allocated_p(page)) {
3979             void *page_start;
3980             for (last_page = page;
3981                  (last_page < page_table_pages) && page_allocated_p(last_page);
3982                  last_page++) {
3983                 /* Mark the page free. The other slots are assumed invalid
3984                  * when it is a FREE_PAGE_FLAG and bytes_used is 0 and it
3985                  * should not be write-protected -- except that the
3986                  * generation is used for the current region but it sets
3987                  * that up. */
3988                 page_table[page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
3989                 page_table[page].bytes_used = 0;
3990                 page_table[page].write_protected = 0;
3991             }
3992
3993 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32 /* Pages already zeroed on win32? Not sure
3994                             * about this change. */
3995             page_start = (void *)page_address(page);
3996             os_protect(page_start, npage_bytes(last_page-page), OS_VM_PROT_ALL);
3997             remap_free_pages(page, last_page-1, 1);
3998             page = last_page-1;
3999 #endif
4000         } else if (gencgc_zero_check_during_free_heap) {
4001             /* Double-check that the page is zero filled. */
4002             sword_t *page_start;
4003             page_index_t i;
4004             gc_assert(page_free_p(page));
4005             gc_assert(page_table[page].bytes_used == 0);
4006             page_start = (sword_t *)page_address(page);
4007             for (i=0; i<GENCGC_CARD_BYTES/sizeof(sword_t); i++) {
4008                 if (page_start[i] != 0) {
4009                     lose("free region not zero at %x\n", page_start + i);
4010                 }
4011             }
4012         }
4013     }
4014
4015     bytes_allocated = 0;
4016
4017     /* Initialize the generations. */
4018     for (page = 0; page < NUM_GENERATIONS; page++) {
4019         generations[page].alloc_start_page = 0;
4020         generations[page].alloc_unboxed_start_page = 0;
4021         generations[page].alloc_large_start_page = 0;
4022         generations[page].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4023         generations[page].bytes_allocated = 0;
4024         generations[page].gc_trigger = 2000000;
4025         generations[page].num_gc = 0;
4026         generations[page].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4027     }
4028
4029     if (gencgc_verbose > 1)
4030         print_generation_stats();
4031
4032     /* Initialize gc_alloc(). */
4033     gc_alloc_generation = 0;
4034
4035     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4036     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4037
4038     last_free_page = 0;
4039     set_alloc_pointer((lispobj)((char *)heap_base));
4040
4041     if (verify_after_free_heap) {
4042         /* Check whether purify has left any bad pointers. */
4043         FSHOW((stderr, "checking after free_heap\n"));
4044         verify_gc();
4045     }
4046 }
4047 \f
4048 void
4049 gc_init(void)
4050 {
4051     page_index_t i;
4052
4053 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
4054     alloc_gc_page();
4055 #endif
4056
4057     /* Compute the number of pages needed for the dynamic space.
4058      * Dynamic space size should be aligned on page size. */
4059     page_table_pages = dynamic_space_size/GENCGC_CARD_BYTES;
4060     gc_assert(dynamic_space_size == npage_bytes(page_table_pages));
4061
4062     /* Default nursery size to 5% of the total dynamic space size,
4063      * min 1Mb. */
4064     bytes_consed_between_gcs = dynamic_space_size/(os_vm_size_t)20;
4065     if (bytes_consed_between_gcs < (1024*1024))
4066         bytes_consed_between_gcs = 1024*1024;
4067
4068     /* The page_table must be allocated using "calloc" to initialize
4069      * the page structures correctly. There used to be a separate
4070      * initialization loop (now commented out; see below) but that was
4071      * unnecessary and did hurt startup time. */
4072     page_table = calloc(page_table_pages, sizeof(struct page));
4073     gc_assert(page_table);
4074
4075     gc_init_tables();
4076     scavtab[WEAK_POINTER_WIDETAG] = scav_weak_pointer;
4077     transother[SIMPLE_ARRAY_WIDETAG] = trans_boxed_large;
4078
4079     heap_base = (void*)DYNAMIC_SPACE_START;
4080
4081     /* The page structures are initialized implicitly when page_table
4082      * is allocated with "calloc" above. Formerly we had the following
4083      * explicit initialization here (comments converted to C99 style
4084      * for readability as C's block comments don't nest):
4085      *
4086      * // Initialize each page structure.
4087      * for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
4088      *     // Initialize all pages as free.
4089      *     page_table[i].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
4090      *     page_table[i].bytes_used = 0;
4091      *
4092      *     // Pages are not write-protected at startup.
4093      *     page_table[i].write_protected = 0;
4094      * }
4095      *
4096      * Without this loop the image starts up much faster when dynamic
4097      * space is large -- which it is on 64-bit platforms already by
4098      * default -- and when "calloc" for large arrays is implemented
4099      * using copy-on-write of a page of zeroes -- which it is at least
4100      * on Linux. In this case the pages that page_table_pages is stored
4101      * in are mapped and cleared not before the corresponding part of
4102      * dynamic space is used. For example, this saves clearing 16 MB of
4103      * memory at startup if the page size is 4 KB and the size of
4104      * dynamic space is 4 GB.
4105      * FREE_PAGE_FLAG must be 0 for this to work correctly which is
4106      * asserted below: */
4107     {
4108       /* Compile time assertion: If triggered, declares an array
4109        * of dimension -1 forcing a syntax error. The intent of the
4110        * assignment is to avoid an "unused variable" warning. */
4111       char assert_free_page_flag_0[(FREE_PAGE_FLAG) ? -1 : 1];
4112       assert_free_page_flag_0[0] = assert_free_page_flag_0[0];
4113     }
4114
4115     bytes_allocated = 0;
4116
4117     /* Initialize the generations.
4118      *
4119      * FIXME: very similar to code in gc_free_heap(), should be shared */
4120     for (i = 0; i < NUM_GENERATIONS; i++) {
4121         generations[i].alloc_start_page = 0;
4122         generations[i].alloc_unboxed_start_page = 0;
4123         generations[i].alloc_large_start_page = 0;
4124         generations[i].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4125         generations[i].bytes_allocated = 0;
4126         generations[i].gc_trigger = 2000000;
4127         generations[i].num_gc = 0;
4128         generations[i].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4129         /* the tune-able parameters */
4130         generations[i].bytes_consed_between_gc
4131             = bytes_consed_between_gcs/(os_vm_size_t)HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4132         generations[i].number_of_gcs_before_promotion = 1;
4133         generations[i].minimum_age_before_gc = 0.75;
4134     }
4135
4136     /* Initialize gc_alloc. */
4137     gc_alloc_generation = 0;
4138     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4139     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4140
4141     last_free_page = 0;
4142 }
4143
4144 /*  Pick up the dynamic space from after a core load.
4145  *
4146  *  The ALLOCATION_POINTER points to the end of the dynamic space.
4147  */
4148
4149 static void
4150 gencgc_pickup_dynamic(void)
4151 {
4152     page_index_t page = 0;
4153     void *alloc_ptr = (void *)get_alloc_pointer();
4154     lispobj *prev=(lispobj *)page_address(page);
4155     generation_index_t gen = PSEUDO_STATIC_GENERATION;
4156
4157     bytes_allocated = 0;
4158
4159     do {
4160         lispobj *first,*ptr= (lispobj *)page_address(page);
4161
4162         if (!gencgc_partial_pickup || page_allocated_p(page)) {
4163           /* It is possible, though rare, for the saved page table
4164            * to contain free pages below alloc_ptr. */
4165           page_table[page].gen = gen;
4166           page_table[page].bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
4167           page_table[page].large_object = 0;
4168           page_table[page].write_protected = 0;
4169           page_table[page].write_protected_cleared = 0;
4170           page_table[page].dont_move = 0;
4171           page_table[page].need_to_zero = 1;
4172
4173           bytes_allocated += GENCGC_CARD_BYTES;
4174         }
4175
4176         if (!gencgc_partial_pickup) {
4177             page_table[page].allocated = BOXED_PAGE_FLAG;
4178             first=gc_search_space(prev,(ptr+2)-prev,ptr);
4179             if(ptr == first)
4180                 prev=ptr;
4181             page_table[page].scan_start_offset =
4182                 page_address(page) - (void *)prev;
4183         }
4184         page++;
4185     } while (page_address(page) < alloc_ptr);
4186
4187     last_free_page = page;
4188
4189     generations[gen].bytes_allocated = bytes_allocated;
4190
4191     gc_alloc_update_all_page_tables();
4192     write_protect_generation_pages(gen);
4193 }
4194
4195 void
4196 gc_initialize_pointers(void)
4197 {
4198     gencgc_pickup_dynamic();
4199 }
4200 \f
4201
4202 /* alloc(..) is the external interface for memory allocation. It
4203  * allocates to generation 0. It is not called from within the garbage
4204  * collector as it is only external uses that need the check for heap
4205  * size (GC trigger) and to disable the interrupts (interrupts are
4206  * always disabled during a GC).
4207  *
4208  * The vops that call alloc(..) assume that the returned space is zero-filled.
4209  * (E.g. the most significant word of a 2-word bignum in MOVE-FROM-UNSIGNED.)
4210  *
4211  * The check for a GC trigger is only performed when the current
4212  * region is full, so in most cases it's not needed. */
4213
4214 static inline lispobj *
4215 general_alloc_internal(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *region,
4216                        struct thread *thread)
4217 {
4218 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4219     lispobj alloc_signal;
4220 #endif
4221     void *new_obj;
4222     void *new_free_pointer;
4223     os_vm_size_t trigger_bytes = 0;
4224
4225     gc_assert(nbytes>0);
4226
4227     /* Check for alignment allocation problems. */
4228     gc_assert((((uword_t)region->free_pointer & LOWTAG_MASK) == 0)
4229               && ((nbytes & LOWTAG_MASK) == 0));
4230
4231 #if !(defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD))
4232     /* Must be inside a PA section. */
4233     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(thread));
4234 #endif
4235
4236     if (nbytes > large_allocation)
4237         large_allocation = nbytes;
4238
4239     /* maybe we can do this quickly ... */
4240     new_free_pointer = region->free_pointer + nbytes;
4241     if (new_free_pointer <= region->end_addr) {
4242         new_obj = (void*)(region->free_pointer);
4243         region->free_pointer = new_free_pointer;
4244         return(new_obj);        /* yup */
4245     }
4246
4247     /* We don't want to count nbytes against auto_gc_trigger unless we
4248      * have to: it speeds up the tenuring of objects and slows down
4249      * allocation. However, unless we do so when allocating _very_
4250      * large objects we are in danger of exhausting the heap without
4251      * running sufficient GCs.
4252      */
4253     if (nbytes >= bytes_consed_between_gcs)
4254         trigger_bytes = nbytes;
4255
4256     /* we have to go the long way around, it seems. Check whether we
4257      * should GC in the near future
4258      */
4259     if (auto_gc_trigger && (bytes_allocated+trigger_bytes > auto_gc_trigger)) {
4260         /* Don't flood the system with interrupts if the need to gc is
4261          * already noted. This can happen for example when SUB-GC
4262          * allocates or after a gc triggered in a WITHOUT-GCING. */
4263         if (SymbolValue(GC_PENDING,thread) == NIL) {
4264             /* set things up so that GC happens when we finish the PA
4265              * section */
4266             SetSymbolValue(GC_PENDING,T,thread);
4267             if (SymbolValue(GC_INHIBIT,thread) == NIL) {
4268 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
4269                 thread_register_gc_trigger();
4270 #else
4271                 set_pseudo_atomic_interrupted(thread);
4272 #ifdef GENCGC_IS_PRECISE
4273                 /* PPC calls alloc() from a trap or from pa_alloc(),
4274                  * look up the most context if it's from a trap. */
4275                 {
4276                     os_context_t *context =
4277                         thread->interrupt_data->allocation_trap_context;
4278                     maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables
4279                         (context ? os_context_sigmask_addr(context) : NULL);
4280                 }
4281 #else
4282                 maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables(NULL);
4283 #endif
4284 #endif
4285             }
4286         }
4287     }
4288     new_obj = gc_alloc_with_region(nbytes, page_type_flag, region, 0);
4289
4290 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4291     /* for sb-prof, and not supported on Windows yet */
4292     alloc_signal = SymbolValue(ALLOC_SIGNAL,thread);
4293     if ((alloc_signal & FIXNUM_TAG_MASK) == 0) {
4294         if ((sword_t) alloc_signal <= 0) {
4295             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL, T, thread);
4296             raise(SIGPROF);
4297         } else {
4298             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL,
4299                            alloc_signal - (1 << N_FIXNUM_TAG_BITS),
4300                            thread);
4301         }
4302     }
4303 #endif
4304
4305     return (new_obj);
4306 }
4307
4308 lispobj *
4309 general_alloc(sword_t nbytes, int page_type_flag)
4310 {
4311     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
4312     /* Select correct region, and call general_alloc_internal with it.
4313      * For other then boxed allocation we must lock first, since the
4314      * region is shared. */
4315     if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
4316 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
4317         struct alloc_region *region = (thread ? &(thread->alloc_region) : &boxed_region);
4318 #else
4319         struct alloc_region *region = &boxed_region;
4320 #endif
4321         return general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, region, thread);
4322     } else if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
4323         lispobj * obj;
4324         gc_assert(0 == thread_mutex_lock(&allocation_lock));
4325         obj = general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, &unboxed_region, thread);
4326         gc_assert(0 == thread_mutex_unlock(&allocation_lock));
4327         return obj;
4328     } else {
4329         lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
4330     }
4331 }
4332
4333 lispobj AMD64_SYSV_ABI *
4334 alloc(long nbytes)
4335 {
4336 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4337     struct thread *self = arch_os_get_current_thread();
4338     int was_pseudo_atomic = get_pseudo_atomic_atomic(self);
4339     if (!was_pseudo_atomic)
4340         set_pseudo_atomic_atomic(self);
4341 #else
4342     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(arch_os_get_current_thread()));
4343 #endif
4344
4345     lispobj *result = general_alloc(nbytes, BOXED_PAGE_FLAG);
4346
4347 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4348     if (!was_pseudo_atomic)
4349         clear_pseudo_atomic_atomic(self);
4350 #endif
4351
4352     return result;
4353 }
4354 \f
4355 /*
4356  * shared support for the OS-dependent signal handlers which
4357  * catch GENCGC-related write-protect violations
4358  */
4359 void unhandled_sigmemoryfault(void* addr);
4360
4361 /* Depending on which OS we're running under, different signals might
4362  * be raised for a violation of write protection in the heap. This
4363  * function factors out the common generational GC magic which needs
4364  * to invoked in this case, and should be called from whatever signal
4365  * handler is appropriate for the OS we're running under.
4366  *
4367  * Return true if this signal is a normal generational GC thing that
4368  * we were able to handle, or false if it was abnormal and control
4369  * should fall through to the general SIGSEGV/SIGBUS/whatever logic.
4370  *
4371  * We have two control flags for this: one causes us to ignore faults
4372  * on unprotected pages completely, and the second complains to stderr
4373  * but allows us to continue without losing.
4374  */
4375 extern boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages;
4376 boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages = 0;
4377
4378 extern boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages;
4379 boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages = 0;
4380
4381 int
4382 gencgc_handle_wp_violation(void* fault_addr)
4383 {
4384     page_index_t page_index = find_page_index(fault_addr);
4385
4386 #if QSHOW_SIGNALS
4387     FSHOW((stderr, "heap WP violation? fault_addr=%x, page_index=%d\n",
4388            fault_addr, page_index));
4389 #endif
4390
4391     /* Check whether the fault is within the dynamic space. */
4392     if (page_index == (-1)) {
4393
4394         /* It can be helpful to be able to put a breakpoint on this
4395          * case to help diagnose low-level problems. */
4396         unhandled_sigmemoryfault(fault_addr);
4397
4398         /* not within the dynamic space -- not our responsibility */
4399         return 0;
4400
4401     } else {
4402         int ret;
4403         ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
4404         gc_assert(ret == 0);
4405         if (page_table[page_index].write_protected) {
4406             /* Unprotect the page. */
4407             os_protect(page_address(page_index), GENCGC_CARD_BYTES, OS_VM_PROT_ALL);
4408             page_table[page_index].write_protected_cleared = 1;
4409             page_table[page_index].write_protected = 0;
4410         } else if (!ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages) {
4411             /* The only acceptable reason for this signal on a heap
4412              * access is that GENCGC write-protected the page.
4413              * However, if two CPUs hit a wp page near-simultaneously,
4414              * we had better not have the second one lose here if it
4415              * does this test after the first one has already set wp=0
4416              */
4417             if(page_table[page_index].write_protected_cleared != 1) {
4418                 void lisp_backtrace(int frames);
4419                 lisp_backtrace(10);
4420                 fprintf(stderr,
4421                         "Fault @ %p, page %"PAGE_INDEX_FMT" not marked as write-protected:\n"
4422                         "  boxed_region.first_page: %"PAGE_INDEX_FMT","
4423                         "  boxed_region.last_page %"PAGE_INDEX_FMT"\n"
4424                         "  page.scan_start_offset: %"OS_VM_SIZE_FMT"\n"
4425                         "  page.bytes_used: %"PAGE_BYTES_FMT"\n"
4426                         "  page.allocated: %d\n"
4427                         "  page.write_protected: %d\n"
4428                         "  page.write_protected_cleared: %d\n"
4429                         "  page.generation: %d\n",
4430                         fault_addr,
4431                         page_index,
4432                         boxed_region.first_page,
4433                         boxed_region.last_page,
4434                         page_table[page_index].scan_start_offset,
4435                         page_table[page_index].bytes_used,
4436                         page_table[page_index].allocated,
4437                         page_table[page_index].write_protected,
4438                         page_table[page_index].write_protected_cleared,
4439                         page_table[page_index].gen);
4440                 if (!continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages)
4441                     lose("Feh.\n");
4442             }
4443         }
4444         ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
4445         gc_assert(ret == 0);
4446         /* Don't worry, we can handle it. */
4447         return 1;
4448     }
4449 }
4450 /* This is to be called when we catch a SIGSEGV/SIGBUS, determine that
4451  * it's not just a case of the program hitting the write barrier, and
4452  * are about to let Lisp deal with it. It's basically just a
4453  * convenient place to set a gdb breakpoint. */
4454 void
4455 unhandled_sigmemoryfault(void *addr)
4456 {}
4457
4458 void gc_alloc_update_all_page_tables(void)
4459 {
4460     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
4461     struct thread *th;
4462     for_each_thread(th) {
4463         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->alloc_region);
4464 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY) && !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
4465         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->sprof_alloc_region);
4466 #endif
4467     }
4468     gc_alloc_update_page_tables(UNBOXED_PAGE_FLAG, &unboxed_region);
4469     gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &boxed_region);
4470 }
4471
4472 void
4473 gc_set_region_empty(struct alloc_region *region)
4474 {
4475     region->first_page = 0;
4476     region->last_page = -1;
4477     region->start_addr = page_address(0);
4478     region->free_pointer = page_address(0);
4479     region->end_addr = page_address(0);
4480 }
4481
4482 static void
4483 zero_all_free_pages()
4484 {
4485     page_index_t i;
4486
4487     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4488         if (page_free_p(i)) {
4489 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
4490             os_protect(page_address(i),
4491                        GENCGC_CARD_BYTES,
4492                        OS_VM_PROT_ALL);
4493 #endif
4494             zero_pages(i, i);
4495         }
4496     }
4497 }
4498
4499 /* Things to do before doing a final GC before saving a core (without
4500  * purify).
4501  *
4502  * + Pages in large_object pages aren't moved by the GC, so we need to
4503  *   unset that flag from all pages.
4504  * + The pseudo-static generation isn't normally collected, but it seems
4505  *   reasonable to collect it at least when saving a core. So move the
4506  *   pages to a normal generation.
4507  */
4508 static void
4509 prepare_for_final_gc ()
4510 {
4511     page_index_t i;
4512     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4513         page_table[i].large_object = 0;
4514         if (page_table[i].gen == PSEUDO_STATIC_GENERATION) {
4515             int used = page_table[i].bytes_used;
4516             page_table[i].gen = HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4517             generations[PSEUDO_STATIC_GENERATION].bytes_allocated -= used;
4518             generations[HIGHEST_NORMAL_GENERATION].bytes_allocated += used;
4519         }
4520     }
4521 }
4522
4523
4524 /* Do a non-conservative GC, and then save a core with the initial
4525  * function being set to the value of the static symbol
4526  * SB!VM:RESTART-LISP-FUNCTION */
4527 void
4528 gc_and_save(char *filename, boolean prepend_runtime,
4529             boolean save_runtime_options,
4530             boolean compressed, int compression_level)
4531 {
4532     FILE *file;
4533     void *runtime_bytes = NULL;
4534     size_t runtime_size;
4535
4536     file = prepare_to_save(filename, prepend_runtime, &runtime_bytes,
4537                            &runtime_size);
4538     if (file == NULL)
4539        return;
4540
4541     conservative_stack = 0;
4542
4543     /* The filename might come from Lisp, and be moved by the now
4544      * non-conservative GC. */
4545     filename = strdup(filename);
4546
4547     /* Collect twice: once into relatively high memory, and then back
4548      * into low memory. This compacts the retained data into the lower
4549      * pages, minimizing the size of the core file.
4550      */
4551     prepare_for_final_gc();
4552     gencgc_alloc_start_page = last_free_page;
4553     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4554
4555     prepare_for_final_gc();
4556     gencgc_alloc_start_page = -1;
4557     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4558
4559     if (prepend_runtime)
4560         save_runtime_to_filehandle(file, runtime_bytes, runtime_size);
4561
4562     /* The dumper doesn't know that pages need to be zeroed before use. */
4563     zero_all_free_pages();
4564     save_to_filehandle(file, filename, SymbolValue(RESTART_LISP_FUNCTION,0),
4565                        prepend_runtime, save_runtime_options,
4566                        compressed ? compression_level : COMPRESSION_LEVEL_NONE);
4567     /* Oops. Save still managed to fail. Since we've mangled the stack
4568      * beyond hope, there's not much we can do.
4569      * (beyond FUNCALLing RESTART_LISP_FUNCTION, but I suspect that's
4570      * going to be rather unsatisfactory too... */
4571     lose("Attempt to save core after non-conservative GC failed.\n");
4572 }