1d48cc33e0b6eb93878715fb442d5a873ee0a9ae
[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 #ifdef LISP_FEATURE_X86
129 /* Should we check code objects for fixup errors after they are transported? */
130 boolean check_code_fixups = 0;
131 #endif
132
133 /* Should we check that newly allocated regions are zero filled? */
134 boolean gencgc_zero_check = 0;
135
136 /* Should we check that the free space is zero filled? */
137 boolean gencgc_enable_verify_zero_fill = 0;
138
139 /* Should we check that free pages are zero filled during gc_free_heap
140  * called after Lisp PURIFY? */
141 boolean gencgc_zero_check_during_free_heap = 0;
142
143 /* When loading a core, don't do a full scan of the memory for the
144  * memory region boundaries. (Set to true by coreparse.c if the core
145  * contained a pagetable entry).
146  */
147 boolean gencgc_partial_pickup = 0;
148
149 /* If defined, free pages are read-protected to ensure that nothing
150  * accesses them.
151  */
152
153 /* #define READ_PROTECT_FREE_PAGES */
154
155 \f
156 /*
157  * GC structures and variables
158  */
159
160 /* the total bytes allocated. These are seen by Lisp DYNAMIC-USAGE. */
161 os_vm_size_t bytes_allocated = 0;
162 os_vm_size_t auto_gc_trigger = 0;
163
164 /* the source and destination generations. These are set before a GC starts
165  * scavenging. */
166 generation_index_t from_space;
167 generation_index_t new_space;
168
169 /* Set to 1 when in GC */
170 boolean gc_active_p = 0;
171
172 /* should the GC be conservative on stack. If false (only right before
173  * saving a core), don't scan the stack / mark pages dont_move. */
174 static boolean conservative_stack = 1;
175
176 /* An array of page structures is allocated on gc initialization.
177  * This helps to quickly map between an address and its page structure.
178  * page_table_pages is set from the size of the dynamic space. */
179 page_index_t page_table_pages;
180 struct page *page_table;
181
182 static inline boolean page_allocated_p(page_index_t page) {
183     return (page_table[page].allocated != FREE_PAGE_FLAG);
184 }
185
186 static inline boolean page_no_region_p(page_index_t page) {
187     return !(page_table[page].allocated & OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
188 }
189
190 static inline boolean page_allocated_no_region_p(page_index_t page) {
191     return ((page_table[page].allocated & (UNBOXED_PAGE_FLAG | BOXED_PAGE_FLAG))
192             && page_no_region_p(page));
193 }
194
195 static inline boolean page_free_p(page_index_t page) {
196     return (page_table[page].allocated == FREE_PAGE_FLAG);
197 }
198
199 static inline boolean page_boxed_p(page_index_t page) {
200     return (page_table[page].allocated & BOXED_PAGE_FLAG);
201 }
202
203 static inline boolean code_page_p(page_index_t page) {
204     /* This is used by the conservative pinning logic to determine if
205      * a page can contain code objects.  Ideally, we'd be able to
206      * check the page allocation flag to see if it is CODE_PAGE_FLAG,
207      * but this turns out not to be reliable (in fact, badly
208      * unreliable) at the moment.  On the upside, all code objects are
209      * boxed objects, so we can simply re-use the boxed_page_p() logic
210      * for a tighter result than merely "is this page allocated". */
211 #if 0
212     return (page_table[page].allocated & CODE_PAGE_FLAG) == CODE_PAGE_FLAG;
213 #else
214     return page_boxed_p(page);
215 #endif
216 }
217
218 static inline boolean page_boxed_no_region_p(page_index_t page) {
219     return page_boxed_p(page) && page_no_region_p(page);
220 }
221
222 static inline boolean page_unboxed_p(page_index_t page) {
223     /* Both flags set == boxed code page */
224     return ((page_table[page].allocated & UNBOXED_PAGE_FLAG)
225             && !page_boxed_p(page));
226 }
227
228 static inline boolean protect_page_p(page_index_t page, generation_index_t generation) {
229     return (page_boxed_no_region_p(page)
230             && (page_table[page].bytes_used != 0)
231             && !page_table[page].dont_move
232             && (page_table[page].gen == generation));
233 }
234
235 /* To map addresses to page structures the address of the first page
236  * is needed. */
237 void *heap_base = NULL;
238
239 /* Calculate the start address for the given page number. */
240 inline void *
241 page_address(page_index_t page_num)
242 {
243     return (heap_base + (page_num * GENCGC_CARD_BYTES));
244 }
245
246 /* Calculate the address where the allocation region associated with
247  * the page starts. */
248 static inline void *
249 page_scan_start(page_index_t page_index)
250 {
251     return page_address(page_index)-page_table[page_index].scan_start_offset;
252 }
253
254 /* True if the page starts a contiguous block. */
255 static inline boolean
256 page_starts_contiguous_block_p(page_index_t page_index)
257 {
258     return page_table[page_index].scan_start_offset == 0;
259 }
260
261 /* True if the page is the last page in a contiguous block. */
262 static inline boolean
263 page_ends_contiguous_block_p(page_index_t page_index, generation_index_t gen)
264 {
265     return (/* page doesn't fill block */
266             (page_table[page_index].bytes_used < GENCGC_CARD_BYTES)
267             /* page is last allocated page */
268             || ((page_index + 1) >= last_free_page)
269             /* next page free */
270             || page_free_p(page_index + 1)
271             /* next page contains no data */
272             || (page_table[page_index + 1].bytes_used == 0)
273             /* next page is in different generation */
274             || (page_table[page_index + 1].gen != gen)
275             /* next page starts its own contiguous block */
276             || (page_starts_contiguous_block_p(page_index + 1)));
277 }
278
279 /* Find the page index within the page_table for the given
280  * address. Return -1 on failure. */
281 inline page_index_t
282 find_page_index(void *addr)
283 {
284     if (addr >= heap_base) {
285         page_index_t index = ((pointer_sized_uint_t)addr -
286                               (pointer_sized_uint_t)heap_base) / GENCGC_CARD_BYTES;
287         if (index < page_table_pages)
288             return (index);
289     }
290     return (-1);
291 }
292
293 static os_vm_size_t
294 npage_bytes(page_index_t npages)
295 {
296     gc_assert(npages>=0);
297     return ((os_vm_size_t)npages)*GENCGC_CARD_BYTES;
298 }
299
300 /* Check that X is a higher address than Y and return offset from Y to
301  * X in bytes. */
302 static inline os_vm_size_t
303 void_diff(void *x, void *y)
304 {
305     gc_assert(x >= y);
306     return (pointer_sized_uint_t)x - (pointer_sized_uint_t)y;
307 }
308
309 /* a structure to hold the state of a generation
310  *
311  * CAUTION: If you modify this, make sure to touch up the alien
312  * definition in src/code/gc.lisp accordingly. ...or better yes,
313  * deal with the FIXME there...
314  */
315 struct generation {
316
317     /* the first page that gc_alloc() checks on its next call */
318     page_index_t alloc_start_page;
319
320     /* the first page that gc_alloc_unboxed() checks on its next call */
321     page_index_t alloc_unboxed_start_page;
322
323     /* the first page that gc_alloc_large (boxed) considers on its next
324      * call. (Although it always allocates after the boxed_region.) */
325     page_index_t alloc_large_start_page;
326
327     /* the first page that gc_alloc_large (unboxed) considers on its
328      * next call. (Although it always allocates after the
329      * current_unboxed_region.) */
330     page_index_t alloc_large_unboxed_start_page;
331
332     /* the bytes allocated to this generation */
333     os_vm_size_t bytes_allocated;
334
335     /* the number of bytes at which to trigger a GC */
336     os_vm_size_t gc_trigger;
337
338     /* to calculate a new level for gc_trigger */
339     os_vm_size_t bytes_consed_between_gc;
340
341     /* the number of GCs since the last raise */
342     int num_gc;
343
344     /* the number of GCs to run on the generations before raising objects to the
345      * next generation */
346     int number_of_gcs_before_promotion;
347
348     /* the cumulative sum of the bytes allocated to this generation. It is
349      * cleared after a GC on this generations, and update before new
350      * objects are added from a GC of a younger generation. Dividing by
351      * the bytes_allocated will give the average age of the memory in
352      * this generation since its last GC. */
353     os_vm_size_t cum_sum_bytes_allocated;
354
355     /* a minimum average memory age before a GC will occur helps
356      * prevent a GC when a large number of new live objects have been
357      * added, in which case a GC could be a waste of time */
358     double minimum_age_before_gc;
359 };
360
361 /* an array of generation structures. There needs to be one more
362  * generation structure than actual generations as the oldest
363  * generation is temporarily raised then lowered. */
364 struct generation generations[NUM_GENERATIONS];
365
366 /* the oldest generation that is will currently be GCed by default.
367  * Valid values are: 0, 1, ... HIGHEST_NORMAL_GENERATION
368  *
369  * The default of HIGHEST_NORMAL_GENERATION enables GC on all generations.
370  *
371  * Setting this to 0 effectively disables the generational nature of
372  * the GC. In some applications generational GC may not be useful
373  * because there are no long-lived objects.
374  *
375  * An intermediate value could be handy after moving long-lived data
376  * into an older generation so an unnecessary GC of this long-lived
377  * data can be avoided. */
378 generation_index_t gencgc_oldest_gen_to_gc = HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
379
380 /* The maximum free page in the heap is maintained and used to update
381  * ALLOCATION_POINTER which is used by the room function to limit its
382  * search of the heap. XX Gencgc obviously needs to be better
383  * integrated with the Lisp code. */
384 page_index_t last_free_page;
385 \f
386 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
387 /* This lock is to prevent multiple threads from simultaneously
388  * allocating new regions which overlap each other.  Note that the
389  * majority of GC is single-threaded, but alloc() may be called from
390  * >1 thread at a time and must be thread-safe.  This lock must be
391  * seized before all accesses to generations[] or to parts of
392  * page_table[] that other threads may want to see */
393 static pthread_mutex_t free_pages_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
394 /* This lock is used to protect non-thread-local allocation. */
395 static pthread_mutex_t allocation_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
396 #endif
397
398 extern os_vm_size_t gencgc_release_granularity;
399 os_vm_size_t gencgc_release_granularity = GENCGC_RELEASE_GRANULARITY;
400
401 extern os_vm_size_t gencgc_alloc_granularity;
402 os_vm_size_t gencgc_alloc_granularity = GENCGC_ALLOC_GRANULARITY;
403
404 \f
405 /*
406  * miscellaneous heap functions
407  */
408
409 /* Count the number of pages which are write-protected within the
410  * given generation. */
411 static page_index_t
412 count_write_protect_generation_pages(generation_index_t generation)
413 {
414     page_index_t i, 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             && (page_table[i].write_protected == 1))
420             count++;
421     return count;
422 }
423
424 /* Count the number of pages within the given generation. */
425 static page_index_t
426 count_generation_pages(generation_index_t generation)
427 {
428     page_index_t i;
429     page_index_t count = 0;
430
431     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
432         if (page_allocated_p(i)
433             && (page_table[i].gen == generation))
434             count++;
435     return count;
436 }
437
438 #if QSHOW
439 static page_index_t
440 count_dont_move_pages(void)
441 {
442     page_index_t i;
443     page_index_t count = 0;
444     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
445         if (page_allocated_p(i)
446             && (page_table[i].dont_move != 0)) {
447             ++count;
448         }
449     }
450     return count;
451 }
452 #endif /* QSHOW */
453
454 /* Work through the pages and add up the number of bytes used for the
455  * given generation. */
456 static os_vm_size_t
457 count_generation_bytes_allocated (generation_index_t gen)
458 {
459     page_index_t i;
460     os_vm_size_t result = 0;
461     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
462         if (page_allocated_p(i)
463             && (page_table[i].gen == gen))
464             result += page_table[i].bytes_used;
465     }
466     return result;
467 }
468
469 /* Return the average age of the memory in a generation. */
470 extern double
471 generation_average_age(generation_index_t gen)
472 {
473     if (generations[gen].bytes_allocated == 0)
474         return 0.0;
475
476     return
477         ((double)generations[gen].cum_sum_bytes_allocated)
478         / ((double)generations[gen].bytes_allocated);
479 }
480
481 extern void
482 write_generation_stats(FILE *file)
483 {
484     generation_index_t i;
485
486 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
487 #define FPU_STATE_SIZE 27
488     int fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
489 #elif defined(LISP_FEATURE_PPC)
490 #define FPU_STATE_SIZE 32
491     long long fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
492 #elif defined(LISP_FEATURE_SPARC)
493     /*
494      * 32 (single-precision) FP registers, and the FP state register.
495      * But Sparc V9 has 32 double-precision registers (equivalent to 64
496      * single-precision, but can't be accessed), so we leave enough room
497      * for that.
498      */
499 #define FPU_STATE_SIZE (((32 + 32 + 1) + 1)/2)
500     long long fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
501 #endif
502
503     /* This code uses the FP instructions which may be set up for Lisp
504      * so they need to be saved and reset for C. */
505     fpu_save(fpu_state);
506
507     /* Print the heap stats. */
508     fprintf(file,
509             " Gen StaPg UbSta LaSta LUbSt Boxed Unboxed LB   LUB  !move  Alloc  Waste   Trig    WP  GCs Mem-age\n");
510
511     for (i = 0; i < SCRATCH_GENERATION; i++) {
512         page_index_t j;
513         page_index_t boxed_cnt = 0;
514         page_index_t unboxed_cnt = 0;
515         page_index_t large_boxed_cnt = 0;
516         page_index_t large_unboxed_cnt = 0;
517         page_index_t pinned_cnt=0;
518
519         for (j = 0; j < last_free_page; j++)
520             if (page_table[j].gen == i) {
521
522                 /* Count the number of boxed pages within the given
523                  * generation. */
524                 if (page_boxed_p(j)) {
525                     if (page_table[j].large_object)
526                         large_boxed_cnt++;
527                     else
528                         boxed_cnt++;
529                 }
530                 if(page_table[j].dont_move) pinned_cnt++;
531                 /* Count the number of unboxed pages within the given
532                  * generation. */
533                 if (page_unboxed_p(j)) {
534                     if (page_table[j].large_object)
535                         large_unboxed_cnt++;
536                     else
537                         unboxed_cnt++;
538                 }
539             }
540
541         gc_assert(generations[i].bytes_allocated
542                   == count_generation_bytes_allocated(i));
543         fprintf(file,
544                 "   %1d: %5ld %5ld %5ld %5ld",
545                 i,
546                 generations[i].alloc_start_page,
547                 generations[i].alloc_unboxed_start_page,
548                 generations[i].alloc_large_start_page,
549                 generations[i].alloc_large_unboxed_start_page);
550         fprintf(file,
551                 " %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT
552                 " %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT,
553                 boxed_cnt, unboxed_cnt, large_boxed_cnt,
554                 large_unboxed_cnt, pinned_cnt);
555         fprintf(file,
556                 " %8"OS_VM_SIZE_FMT
557                 " %5"OS_VM_SIZE_FMT
558                 " %8"OS_VM_SIZE_FMT
559                 " %4"PAGE_INDEX_FMT" %3d %7.4f\n",
560                 generations[i].bytes_allocated,
561                 (npage_bytes(count_generation_pages(i)) - generations[i].bytes_allocated),
562                 generations[i].gc_trigger,
563                 count_write_protect_generation_pages(i),
564                 generations[i].num_gc,
565                 generation_average_age(i));
566     }
567     fprintf(file,"   Total bytes allocated    = %"OS_VM_SIZE_FMT"\n", bytes_allocated);
568     fprintf(file,"   Dynamic-space-size bytes = %"OS_VM_SIZE_FMT"\n", dynamic_space_size);
569
570     fpu_restore(fpu_state);
571 }
572
573 extern void
574 write_heap_exhaustion_report(FILE *file, long available, long requested,
575                              struct thread *thread)
576 {
577     fprintf(file,
578             "Heap exhausted during %s: %ld bytes available, %ld requested.\n",
579             gc_active_p ? "garbage collection" : "allocation",
580             available,
581             requested);
582     write_generation_stats(file);
583     fprintf(file, "GC control variables:\n");
584     fprintf(file, "   *GC-INHIBIT* = %s\n   *GC-PENDING* = %s\n",
585             SymbolValue(GC_INHIBIT,thread)==NIL ? "false" : "true",
586             (SymbolValue(GC_PENDING, thread) == T) ?
587             "true" : ((SymbolValue(GC_PENDING, thread) == NIL) ?
588                       "false" : "in progress"));
589 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
590     fprintf(file, "   *STOP-FOR-GC-PENDING* = %s\n",
591             SymbolValue(STOP_FOR_GC_PENDING,thread)==NIL ? "false" : "true");
592 #endif
593 }
594
595 extern void
596 print_generation_stats(void)
597 {
598     write_generation_stats(stderr);
599 }
600
601 extern char* gc_logfile;
602 char * gc_logfile = NULL;
603
604 extern void
605 log_generation_stats(char *logfile, char *header)
606 {
607     if (logfile) {
608         FILE * log = fopen(logfile, "a");
609         if (log) {
610             fprintf(log, "%s\n", header);
611             write_generation_stats(log);
612             fclose(log);
613         } else {
614             fprintf(stderr, "Could not open gc logfile: %s\n", logfile);
615             fflush(stderr);
616         }
617     }
618 }
619
620 extern void
621 report_heap_exhaustion(long available, long requested, struct thread *th)
622 {
623     if (gc_logfile) {
624         FILE * log = fopen(gc_logfile, "a");
625         if (log) {
626             write_heap_exhaustion_report(log, available, requested, th);
627             fclose(log);
628         } else {
629             fprintf(stderr, "Could not open gc logfile: %s\n", gc_logfile);
630             fflush(stderr);
631         }
632     }
633     /* Always to stderr as well. */
634     write_heap_exhaustion_report(stderr, available, requested, th);
635 }
636 \f
637
638 #if defined(LISP_FEATURE_X86)
639 void fast_bzero(void*, size_t); /* in <arch>-assem.S */
640 #endif
641
642 /* Zero the pages from START to END (inclusive), but use mmap/munmap instead
643  * if zeroing it ourselves, i.e. in practice give the memory back to the
644  * OS. Generally done after a large GC.
645  */
646 void zero_pages_with_mmap(page_index_t start, page_index_t end) {
647     page_index_t i;
648     void *addr = page_address(start), *new_addr;
649     os_vm_size_t length = npage_bytes(1+end-start);
650
651     if (start > end)
652       return;
653
654     gc_assert(length >= gencgc_release_granularity);
655     gc_assert((length % gencgc_release_granularity) == 0);
656
657     os_invalidate(addr, length);
658     new_addr = os_validate(addr, length);
659     if (new_addr == NULL || new_addr != addr) {
660         lose("remap_free_pages: page moved, 0x%08x ==> 0x%08x",
661              start, new_addr);
662     }
663
664     for (i = start; i <= end; i++) {
665         page_table[i].need_to_zero = 0;
666     }
667 }
668
669 /* Zero the pages from START to END (inclusive). Generally done just after
670  * a new region has been allocated.
671  */
672 static void
673 zero_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
674     if (start > end)
675       return;
676
677 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
678     fast_bzero(page_address(start), npage_bytes(1+end-start));
679 #else
680     bzero(page_address(start), npage_bytes(1+end-start));
681 #endif
682
683 }
684
685 static void
686 zero_and_mark_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
687     page_index_t i;
688
689     zero_pages(start, end);
690     for (i = start; i <= end; i++)
691         page_table[i].need_to_zero = 0;
692 }
693
694 /* Zero the pages from START to END (inclusive), except for those
695  * pages that are known to already zeroed. Mark all pages in the
696  * ranges as non-zeroed.
697  */
698 static void
699 zero_dirty_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
700     page_index_t i, j;
701
702     for (i = start; i <= end; i++) {
703         if (!page_table[i].need_to_zero) continue;
704         for (j = i+1; (j <= end) && (page_table[j].need_to_zero); j++);
705         zero_pages(i, j-1);
706         i = j;
707     }
708
709     for (i = start; i <= end; i++) {
710         page_table[i].need_to_zero = 1;
711     }
712 }
713
714
715 /*
716  * To support quick and inline allocation, regions of memory can be
717  * allocated and then allocated from with just a free pointer and a
718  * check against an end address.
719  *
720  * Since objects can be allocated to spaces with different properties
721  * e.g. boxed/unboxed, generation, ages; there may need to be many
722  * allocation regions.
723  *
724  * Each allocation region may start within a partly used page. Many
725  * features of memory use are noted on a page wise basis, e.g. the
726  * generation; so if a region starts within an existing allocated page
727  * it must be consistent with this page.
728  *
729  * During the scavenging of the newspace, objects will be transported
730  * into an allocation region, and pointers updated to point to this
731  * allocation region. It is possible that these pointers will be
732  * scavenged again before the allocation region is closed, e.g. due to
733  * trans_list which jumps all over the place to cleanup the list. It
734  * is important to be able to determine properties of all objects
735  * pointed to when scavenging, e.g to detect pointers to the oldspace.
736  * Thus it's important that the allocation regions have the correct
737  * properties set when allocated, and not just set when closed. The
738  * region allocation routines return regions with the specified
739  * properties, and grab all the pages, setting their properties
740  * appropriately, except that the amount used is not known.
741  *
742  * These regions are used to support quicker allocation using just a
743  * free pointer. The actual space used by the region is not reflected
744  * in the pages tables until it is closed. It can't be scavenged until
745  * closed.
746  *
747  * When finished with the region it should be closed, which will
748  * update the page tables for the actual space used returning unused
749  * space. Further it may be noted in the new regions which is
750  * necessary when scavenging the newspace.
751  *
752  * Large objects may be allocated directly without an allocation
753  * region, the page tables are updated immediately.
754  *
755  * Unboxed objects don't contain pointers to other objects and so
756  * don't need scavenging. Further they can't contain pointers to
757  * younger generations so WP is not needed. By allocating pages to
758  * unboxed objects the whole page never needs scavenging or
759  * write-protecting. */
760
761 /* We are only using two regions at present. Both are for the current
762  * newspace generation. */
763 struct alloc_region boxed_region;
764 struct alloc_region unboxed_region;
765
766 /* The generation currently being allocated to. */
767 static generation_index_t gc_alloc_generation;
768
769 static inline page_index_t
770 generation_alloc_start_page(generation_index_t generation, int page_type_flag, int large)
771 {
772     if (large) {
773         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
774             return generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page;
775         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
776             /* Both code and data. */
777             return generations[generation].alloc_large_start_page;
778         } else {
779             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
780         }
781     } else {
782         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
783             return generations[generation].alloc_unboxed_start_page;
784         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
785             /* Both code and data. */
786             return generations[generation].alloc_start_page;
787         } else {
788             lose("bad page_type_flag: %d", page_type_flag);
789         }
790     }
791 }
792
793 static inline void
794 set_generation_alloc_start_page(generation_index_t generation, int page_type_flag, int large,
795                                 page_index_t page)
796 {
797     if (large) {
798         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
799             generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page = page;
800         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
801             /* Both code and data. */
802             generations[generation].alloc_large_start_page = page;
803         } else {
804             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
805         }
806     } else {
807         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
808             generations[generation].alloc_unboxed_start_page = page;
809         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
810             /* Both code and data. */
811             generations[generation].alloc_start_page = page;
812         } else {
813             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
814         }
815     }
816 }
817
818 /* Find a new region with room for at least the given number of bytes.
819  *
820  * It starts looking at the current generation's alloc_start_page. So
821  * may pick up from the previous region if there is enough space. This
822  * keeps the allocation contiguous when scavenging the newspace.
823  *
824  * The alloc_region should have been closed by a call to
825  * gc_alloc_update_page_tables(), and will thus be in an empty state.
826  *
827  * To assist the scavenging functions write-protected pages are not
828  * used. Free pages should not be write-protected.
829  *
830  * It is critical to the conservative GC that the start of regions be
831  * known. To help achieve this only small regions are allocated at a
832  * time.
833  *
834  * During scavenging, pointers may be found to within the current
835  * region and the page generation must be set so that pointers to the
836  * from space can be recognized. Therefore the generation of pages in
837  * the region are set to gc_alloc_generation. To prevent another
838  * allocation call using the same pages, all the pages in the region
839  * are allocated, although they will initially be empty.
840  */
841 static void
842 gc_alloc_new_region(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
843 {
844     page_index_t first_page;
845     page_index_t last_page;
846     os_vm_size_t bytes_found;
847     page_index_t i;
848     int ret;
849
850     /*
851     FSHOW((stderr,
852            "/alloc_new_region for %d bytes from gen %d\n",
853            nbytes, gc_alloc_generation));
854     */
855
856     /* Check that the region is in a reset state. */
857     gc_assert((alloc_region->first_page == 0)
858               && (alloc_region->last_page == -1)
859               && (alloc_region->free_pointer == alloc_region->end_addr));
860     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
861     gc_assert(ret == 0);
862     first_page = generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 0);
863     last_page=gc_find_freeish_pages(&first_page, nbytes, page_type_flag);
864     bytes_found=(GENCGC_CARD_BYTES - page_table[first_page].bytes_used)
865             + npage_bytes(last_page-first_page);
866
867     /* Set up the alloc_region. */
868     alloc_region->first_page = first_page;
869     alloc_region->last_page = last_page;
870     alloc_region->start_addr = page_table[first_page].bytes_used
871         + page_address(first_page);
872     alloc_region->free_pointer = alloc_region->start_addr;
873     alloc_region->end_addr = alloc_region->start_addr + bytes_found;
874
875     /* Set up the pages. */
876
877     /* The first page may have already been in use. */
878     if (page_table[first_page].bytes_used == 0) {
879         page_table[first_page].allocated = page_type_flag;
880         page_table[first_page].gen = gc_alloc_generation;
881         page_table[first_page].large_object = 0;
882         page_table[first_page].scan_start_offset = 0;
883     }
884
885     gc_assert(page_table[first_page].allocated == page_type_flag);
886     page_table[first_page].allocated |= OPEN_REGION_PAGE_FLAG;
887
888     gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
889     gc_assert(page_table[first_page].large_object == 0);
890
891     for (i = first_page+1; i <= last_page; i++) {
892         page_table[i].allocated = page_type_flag;
893         page_table[i].gen = gc_alloc_generation;
894         page_table[i].large_object = 0;
895         /* This may not be necessary for unboxed regions (think it was
896          * broken before!) */
897         page_table[i].scan_start_offset =
898             void_diff(page_address(i),alloc_region->start_addr);
899         page_table[i].allocated |= OPEN_REGION_PAGE_FLAG ;
900     }
901     /* Bump up last_free_page. */
902     if (last_page+1 > last_free_page) {
903         last_free_page = last_page+1;
904         /* do we only want to call this on special occasions? like for
905          * boxed_region? */
906         set_alloc_pointer((lispobj)page_address(last_free_page));
907     }
908     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
909     gc_assert(ret == 0);
910
911 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
912     os_protect(page_address(first_page),
913                npage_bytes(1+last_page-first_page),
914                OS_VM_PROT_ALL);
915 #endif
916
917     /* If the first page was only partial, don't check whether it's
918      * zeroed (it won't be) and don't zero it (since the parts that
919      * we're interested in are guaranteed to be zeroed).
920      */
921     if (page_table[first_page].bytes_used) {
922         first_page++;
923     }
924
925     zero_dirty_pages(first_page, last_page);
926
927     /* we can do this after releasing free_pages_lock */
928     if (gencgc_zero_check) {
929         word_t *p;
930         for (p = (word_t *)alloc_region->start_addr;
931              p < (word_t *)alloc_region->end_addr; p++) {
932             if (*p != 0) {
933                 lose("The new region is not zero at %p (start=%p, end=%p).\n",
934                      p, alloc_region->start_addr, alloc_region->end_addr);
935             }
936         }
937     }
938 }
939
940 /* If the record_new_objects flag is 2 then all new regions created
941  * are recorded.
942  *
943  * If it's 1 then then it is only recorded if the first page of the
944  * current region is <= new_areas_ignore_page. This helps avoid
945  * unnecessary recording when doing full scavenge pass.
946  *
947  * The new_object structure holds the page, byte offset, and size of
948  * new regions of objects. Each new area is placed in the array of
949  * these structures pointer to by new_areas. new_areas_index holds the
950  * offset into new_areas.
951  *
952  * If new_area overflows NUM_NEW_AREAS then it stops adding them. The
953  * later code must detect this and handle it, probably by doing a full
954  * scavenge of a generation. */
955 #define NUM_NEW_AREAS 512
956 static int record_new_objects = 0;
957 static page_index_t new_areas_ignore_page;
958 struct new_area {
959     page_index_t page;
960     size_t offset;
961     size_t size;
962 };
963 static struct new_area (*new_areas)[];
964 static size_t new_areas_index;
965 size_t max_new_areas;
966
967 /* Add a new area to new_areas. */
968 static void
969 add_new_area(page_index_t first_page, size_t offset, size_t size)
970 {
971     size_t new_area_start, c;
972     ssize_t i;
973
974     /* Ignore if full. */
975     if (new_areas_index >= NUM_NEW_AREAS)
976         return;
977
978     switch (record_new_objects) {
979     case 0:
980         return;
981     case 1:
982         if (first_page > new_areas_ignore_page)
983             return;
984         break;
985     case 2:
986         break;
987     default:
988         gc_abort();
989     }
990
991     new_area_start = npage_bytes(first_page) + offset;
992
993     /* Search backwards for a prior area that this follows from. If
994        found this will save adding a new area. */
995     for (i = new_areas_index-1, c = 0; (i >= 0) && (c < 8); i--, c++) {
996         size_t area_end =
997             npage_bytes((*new_areas)[i].page)
998             + (*new_areas)[i].offset
999             + (*new_areas)[i].size;
1000         /*FSHOW((stderr,
1001                "/add_new_area S1 %d %d %d %d\n",
1002                i, c, new_area_start, area_end));*/
1003         if (new_area_start == area_end) {
1004             /*FSHOW((stderr,
1005                    "/adding to [%d] %d %d %d with %d %d %d:\n",
1006                    i,
1007                    (*new_areas)[i].page,
1008                    (*new_areas)[i].offset,
1009                    (*new_areas)[i].size,
1010                    first_page,
1011                    offset,
1012                     size);*/
1013             (*new_areas)[i].size += size;
1014             return;
1015         }
1016     }
1017
1018     (*new_areas)[new_areas_index].page = first_page;
1019     (*new_areas)[new_areas_index].offset = offset;
1020     (*new_areas)[new_areas_index].size = size;
1021     /*FSHOW((stderr,
1022            "/new_area %d page %d offset %d size %d\n",
1023            new_areas_index, first_page, offset, size));*/
1024     new_areas_index++;
1025
1026     /* Note the max new_areas used. */
1027     if (new_areas_index > max_new_areas)
1028         max_new_areas = new_areas_index;
1029 }
1030
1031 /* Update the tables for the alloc_region. The region may be added to
1032  * the new_areas.
1033  *
1034  * When done the alloc_region is set up so that the next quick alloc
1035  * will fail safely and thus a new region will be allocated. Further
1036  * it is safe to try to re-update the page table of this reset
1037  * alloc_region. */
1038 void
1039 gc_alloc_update_page_tables(int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
1040 {
1041     boolean more;
1042     page_index_t first_page;
1043     page_index_t next_page;
1044     os_vm_size_t bytes_used;
1045     os_vm_size_t region_size;
1046     os_vm_size_t byte_cnt;
1047     page_bytes_t orig_first_page_bytes_used;
1048     int ret;
1049
1050
1051     first_page = alloc_region->first_page;
1052
1053     /* Catch an unused alloc_region. */
1054     if ((first_page == 0) && (alloc_region->last_page == -1))
1055         return;
1056
1057     next_page = first_page+1;
1058
1059     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
1060     gc_assert(ret == 0);
1061     if (alloc_region->free_pointer != alloc_region->start_addr) {
1062         /* some bytes were allocated in the region */
1063         orig_first_page_bytes_used = page_table[first_page].bytes_used;
1064
1065         gc_assert(alloc_region->start_addr ==
1066                   (page_address(first_page)
1067                    + page_table[first_page].bytes_used));
1068
1069         /* All the pages used need to be updated */
1070
1071         /* Update the first page. */
1072
1073         /* If the page was free then set up the gen, and
1074          * scan_start_offset. */
1075         if (page_table[first_page].bytes_used == 0)
1076             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
1077         page_table[first_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1078
1079         gc_assert(page_table[first_page].allocated & page_type_flag);
1080         gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
1081         gc_assert(page_table[first_page].large_object == 0);
1082
1083         byte_cnt = 0;
1084
1085         /* Calculate the number of bytes used in this page. This is not
1086          * always the number of new bytes, unless it was free. */
1087         more = 0;
1088         if ((bytes_used = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1089                                     page_address(first_page)))
1090             >GENCGC_CARD_BYTES) {
1091             bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1092             more = 1;
1093         }
1094         page_table[first_page].bytes_used = bytes_used;
1095         byte_cnt += bytes_used;
1096
1097
1098         /* All the rest of the pages should be free. We need to set
1099          * their scan_start_offset pointer to the start of the
1100          * region, and set the bytes_used. */
1101         while (more) {
1102             page_table[next_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1103             gc_assert(page_table[next_page].allocated & page_type_flag);
1104             gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1105             gc_assert(page_table[next_page].gen == gc_alloc_generation);
1106             gc_assert(page_table[next_page].large_object == 0);
1107
1108             gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
1109                       void_diff(page_address(next_page),
1110                                 alloc_region->start_addr));
1111
1112             /* Calculate the number of bytes used in this page. */
1113             more = 0;
1114             if ((bytes_used = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1115                                         page_address(next_page)))>GENCGC_CARD_BYTES) {
1116                 bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1117                 more = 1;
1118             }
1119             page_table[next_page].bytes_used = bytes_used;
1120             byte_cnt += bytes_used;
1121
1122             next_page++;
1123         }
1124
1125         region_size = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1126                                 alloc_region->start_addr);
1127         bytes_allocated += region_size;
1128         generations[gc_alloc_generation].bytes_allocated += region_size;
1129
1130         gc_assert((byte_cnt- orig_first_page_bytes_used) == region_size);
1131
1132         /* Set the generations alloc restart page to the last page of
1133          * the region. */
1134         set_generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 0, next_page-1);
1135
1136         /* Add the region to the new_areas if requested. */
1137         if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag)
1138             add_new_area(first_page,orig_first_page_bytes_used, region_size);
1139
1140         /*
1141         FSHOW((stderr,
1142                "/gc_alloc_update_page_tables update %d bytes to gen %d\n",
1143                region_size,
1144                gc_alloc_generation));
1145         */
1146     } else {
1147         /* There are no bytes allocated. Unallocate the first_page if
1148          * there are 0 bytes_used. */
1149         page_table[first_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1150         if (page_table[first_page].bytes_used == 0)
1151             page_table[first_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1152     }
1153
1154     /* Unallocate any unused pages. */
1155     while (next_page <= alloc_region->last_page) {
1156         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1157         page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1158         next_page++;
1159     }
1160     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1161     gc_assert(ret == 0);
1162
1163     /* alloc_region is per-thread, we're ok to do this unlocked */
1164     gc_set_region_empty(alloc_region);
1165 }
1166
1167 static inline void *gc_quick_alloc(word_t nbytes);
1168
1169 /* Allocate a possibly large object. */
1170 void *
1171 gc_alloc_large(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
1172 {
1173     boolean more;
1174     page_index_t first_page, next_page, last_page;
1175     page_bytes_t orig_first_page_bytes_used;
1176     os_vm_size_t byte_cnt;
1177     os_vm_size_t bytes_used;
1178     int ret;
1179
1180     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
1181     gc_assert(ret == 0);
1182
1183     first_page = generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 1);
1184     if (first_page <= alloc_region->last_page) {
1185         first_page = alloc_region->last_page+1;
1186     }
1187
1188     last_page=gc_find_freeish_pages(&first_page,nbytes, page_type_flag);
1189
1190     gc_assert(first_page > alloc_region->last_page);
1191
1192     set_generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 1, last_page);
1193
1194     /* Set up the pages. */
1195     orig_first_page_bytes_used = page_table[first_page].bytes_used;
1196
1197     /* If the first page was free then set up the gen, and
1198      * scan_start_offset. */
1199     if (page_table[first_page].bytes_used == 0) {
1200         page_table[first_page].allocated = page_type_flag;
1201         page_table[first_page].gen = gc_alloc_generation;
1202         page_table[first_page].scan_start_offset = 0;
1203         page_table[first_page].large_object = 1;
1204     }
1205
1206     gc_assert(page_table[first_page].allocated == page_type_flag);
1207     gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
1208     gc_assert(page_table[first_page].large_object == 1);
1209
1210     byte_cnt = 0;
1211
1212     /* Calc. the number of bytes used in this page. This is not
1213      * always the number of new bytes, unless it was free. */
1214     more = 0;
1215     if ((bytes_used = nbytes+orig_first_page_bytes_used) > GENCGC_CARD_BYTES) {
1216         bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1217         more = 1;
1218     }
1219     page_table[first_page].bytes_used = bytes_used;
1220     byte_cnt += bytes_used;
1221
1222     next_page = first_page+1;
1223
1224     /* All the rest of the pages should be free. We need to set their
1225      * scan_start_offset pointer to the start of the region, and set
1226      * the bytes_used. */
1227     while (more) {
1228         gc_assert(page_free_p(next_page));
1229         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1230         page_table[next_page].allocated = page_type_flag;
1231         page_table[next_page].gen = gc_alloc_generation;
1232         page_table[next_page].large_object = 1;
1233
1234         page_table[next_page].scan_start_offset =
1235             npage_bytes(next_page-first_page) - orig_first_page_bytes_used;
1236
1237         /* Calculate the number of bytes used in this page. */
1238         more = 0;
1239         bytes_used=(nbytes+orig_first_page_bytes_used)-byte_cnt;
1240         if (bytes_used > GENCGC_CARD_BYTES) {
1241             bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1242             more = 1;
1243         }
1244         page_table[next_page].bytes_used = bytes_used;
1245         page_table[next_page].write_protected=0;
1246         page_table[next_page].dont_move=0;
1247         byte_cnt += bytes_used;
1248         next_page++;
1249     }
1250
1251     gc_assert((byte_cnt-orig_first_page_bytes_used) == nbytes);
1252
1253     bytes_allocated += nbytes;
1254     generations[gc_alloc_generation].bytes_allocated += nbytes;
1255
1256     /* Add the region to the new_areas if requested. */
1257     if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag)
1258         add_new_area(first_page,orig_first_page_bytes_used,nbytes);
1259
1260     /* Bump up last_free_page */
1261     if (last_page+1 > last_free_page) {
1262         last_free_page = last_page+1;
1263         set_alloc_pointer((lispobj)(page_address(last_free_page)));
1264     }
1265     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1266     gc_assert(ret == 0);
1267
1268 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
1269     os_protect(page_address(first_page),
1270                npage_bytes(1+last_page-first_page),
1271                OS_VM_PROT_ALL);
1272 #endif
1273
1274     zero_dirty_pages(first_page, last_page);
1275
1276     return page_address(first_page);
1277 }
1278
1279 static page_index_t gencgc_alloc_start_page = -1;
1280
1281 void
1282 gc_heap_exhausted_error_or_lose (sword_t available, sword_t requested)
1283 {
1284     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
1285     /* Write basic information before doing anything else: if we don't
1286      * call to lisp this is a must, and even if we do there is always
1287      * the danger that we bounce back here before the error has been
1288      * handled, or indeed even printed.
1289      */
1290     report_heap_exhaustion(available, requested, thread);
1291     if (gc_active_p || (available == 0)) {
1292         /* If we are in GC, or totally out of memory there is no way
1293          * to sanely transfer control to the lisp-side of things.
1294          */
1295         lose("Heap exhausted, game over.");
1296     }
1297     else {
1298         /* FIXME: assert free_pages_lock held */
1299         (void)thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1300 #if !(defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD))
1301         gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(thread));
1302         clear_pseudo_atomic_atomic(thread);
1303         if (get_pseudo_atomic_interrupted(thread))
1304             do_pending_interrupt();
1305 #endif
1306         /* Another issue is that signalling HEAP-EXHAUSTED error leads
1307          * to running user code at arbitrary places, even in a
1308          * WITHOUT-INTERRUPTS which may lead to a deadlock without
1309          * running out of the heap. So at this point all bets are
1310          * off. */
1311         if (SymbolValue(INTERRUPTS_ENABLED,thread) == NIL)
1312             corruption_warning_and_maybe_lose
1313                 ("Signalling HEAP-EXHAUSTED in a WITHOUT-INTERRUPTS.");
1314         funcall2(StaticSymbolFunction(HEAP_EXHAUSTED_ERROR),
1315                  alloc_number(available), alloc_number(requested));
1316         lose("HEAP-EXHAUSTED-ERROR fell through");
1317     }
1318 }
1319
1320 page_index_t
1321 gc_find_freeish_pages(page_index_t *restart_page_ptr, sword_t bytes,
1322                       int page_type_flag)
1323 {
1324     page_index_t most_bytes_found_from = 0, most_bytes_found_to = 0;
1325     page_index_t first_page, last_page, restart_page = *restart_page_ptr;
1326     os_vm_size_t nbytes = bytes;
1327     os_vm_size_t nbytes_goal = nbytes;
1328     os_vm_size_t bytes_found = 0;
1329     os_vm_size_t most_bytes_found = 0;
1330     boolean small_object = nbytes < GENCGC_CARD_BYTES;
1331     /* FIXME: assert(free_pages_lock is held); */
1332
1333     if (nbytes_goal < gencgc_alloc_granularity)
1334         nbytes_goal = gencgc_alloc_granularity;
1335
1336     /* Toggled by gc_and_save for heap compaction, normally -1. */
1337     if (gencgc_alloc_start_page != -1) {
1338         restart_page = gencgc_alloc_start_page;
1339     }
1340
1341     /* FIXME: This is on bytes instead of nbytes pending cleanup of
1342      * long from the interface. */
1343     gc_assert(bytes>=0);
1344     /* Search for a page with at least nbytes of space. We prefer
1345      * not to split small objects on multiple pages, to reduce the
1346      * number of contiguous allocation regions spaning multiple
1347      * pages: this helps avoid excessive conservativism.
1348      *
1349      * For other objects, we guarantee that they start on their own
1350      * page boundary.
1351      */
1352     first_page = restart_page;
1353     while (first_page < page_table_pages) {
1354         bytes_found = 0;
1355         if (page_free_p(first_page)) {
1356                 gc_assert(0 == page_table[first_page].bytes_used);
1357                 bytes_found = GENCGC_CARD_BYTES;
1358         } else if (small_object &&
1359                    (page_table[first_page].allocated == page_type_flag) &&
1360                    (page_table[first_page].large_object == 0) &&
1361                    (page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation) &&
1362                    (page_table[first_page].write_protected == 0) &&
1363                    (page_table[first_page].dont_move == 0)) {
1364             bytes_found = GENCGC_CARD_BYTES - page_table[first_page].bytes_used;
1365             if (bytes_found < nbytes) {
1366                 if (bytes_found > most_bytes_found)
1367                     most_bytes_found = bytes_found;
1368                 first_page++;
1369                 continue;
1370             }
1371         } else {
1372             first_page++;
1373             continue;
1374         }
1375
1376         gc_assert(page_table[first_page].write_protected == 0);
1377         for (last_page = first_page+1;
1378              ((last_page < page_table_pages) &&
1379               page_free_p(last_page) &&
1380               (bytes_found < nbytes_goal));
1381              last_page++) {
1382             bytes_found += GENCGC_CARD_BYTES;
1383             gc_assert(0 == page_table[last_page].bytes_used);
1384             gc_assert(0 == page_table[last_page].write_protected);
1385         }
1386
1387         if (bytes_found > most_bytes_found) {
1388             most_bytes_found = bytes_found;
1389             most_bytes_found_from = first_page;
1390             most_bytes_found_to = last_page;
1391         }
1392         if (bytes_found >= nbytes_goal)
1393             break;
1394
1395         first_page = last_page;
1396     }
1397
1398     bytes_found = most_bytes_found;
1399     restart_page = first_page + 1;
1400
1401     /* Check for a failure */
1402     if (bytes_found < nbytes) {
1403         gc_assert(restart_page >= page_table_pages);
1404         gc_heap_exhausted_error_or_lose(most_bytes_found, nbytes);
1405     }
1406
1407     gc_assert(most_bytes_found_to);
1408     *restart_page_ptr = most_bytes_found_from;
1409     return most_bytes_found_to-1;
1410 }
1411
1412 /* Allocate bytes.  All the rest of the special-purpose allocation
1413  * functions will eventually call this  */
1414
1415 void *
1416 gc_alloc_with_region(sword_t nbytes,int page_type_flag, struct alloc_region *my_region,
1417                      int quick_p)
1418 {
1419     void *new_free_pointer;
1420
1421     if (nbytes>=large_object_size)
1422         return gc_alloc_large(nbytes, page_type_flag, my_region);
1423
1424     /* Check whether there is room in the current alloc region. */
1425     new_free_pointer = my_region->free_pointer + nbytes;
1426
1427     /* fprintf(stderr, "alloc %d bytes from %p to %p\n", nbytes,
1428        my_region->free_pointer, new_free_pointer); */
1429
1430     if (new_free_pointer <= my_region->end_addr) {
1431         /* If so then allocate from the current alloc region. */
1432         void *new_obj = my_region->free_pointer;
1433         my_region->free_pointer = new_free_pointer;
1434
1435         /* Unless a `quick' alloc was requested, check whether the
1436            alloc region is almost empty. */
1437         if (!quick_p &&
1438             void_diff(my_region->end_addr,my_region->free_pointer) <= 32) {
1439             /* If so, finished with the current region. */
1440             gc_alloc_update_page_tables(page_type_flag, my_region);
1441             /* Set up a new region. */
1442             gc_alloc_new_region(32 /*bytes*/, page_type_flag, my_region);
1443         }
1444
1445         return((void *)new_obj);
1446     }
1447
1448     /* Else not enough free space in the current region: retry with a
1449      * new region. */
1450
1451     gc_alloc_update_page_tables(page_type_flag, my_region);
1452     gc_alloc_new_region(nbytes, page_type_flag, my_region);
1453     return gc_alloc_with_region(nbytes, page_type_flag, my_region,0);
1454 }
1455
1456 /* these are only used during GC: all allocation from the mutator calls
1457  * alloc() -> gc_alloc_with_region() with the appropriate per-thread
1458  * region */
1459
1460 static inline void *
1461 gc_quick_alloc(word_t nbytes)
1462 {
1463     return gc_general_alloc(nbytes, BOXED_PAGE_FLAG, ALLOC_QUICK);
1464 }
1465
1466 static inline void *
1467 gc_alloc_unboxed(word_t nbytes)
1468 {
1469     return gc_general_alloc(nbytes, UNBOXED_PAGE_FLAG, 0);
1470 }
1471
1472 static inline void *
1473 gc_quick_alloc_unboxed(word_t nbytes)
1474 {
1475     return gc_general_alloc(nbytes, UNBOXED_PAGE_FLAG, ALLOC_QUICK);
1476 }
1477 \f
1478 /* Copy a large object. If the object is in a large object region then
1479  * it is simply promoted, else it is copied. If it's large enough then
1480  * it's copied to a large object region.
1481  *
1482  * Bignums and vectors may have shrunk. If the object is not copied
1483  * the space needs to be reclaimed, and the page_tables corrected. */
1484 static lispobj
1485 general_copy_large_object(lispobj object, word_t nwords, boolean boxedp)
1486 {
1487     int tag;
1488     lispobj *new;
1489     page_index_t first_page;
1490
1491     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1492     gc_assert(from_space_p(object));
1493     gc_assert((nwords & 0x01) == 0);
1494
1495     if ((nwords > 1024*1024) && gencgc_verbose) {
1496         FSHOW((stderr, "/general_copy_large_object: %d bytes\n",
1497                nwords*N_WORD_BYTES));
1498     }
1499
1500     /* Check whether it's a large object. */
1501     first_page = find_page_index((void *)object);
1502     gc_assert(first_page >= 0);
1503
1504     if (page_table[first_page].large_object) {
1505         /* Promote the object. Note: Unboxed objects may have been
1506          * allocated to a BOXED region so it may be necessary to
1507          * change the region to UNBOXED. */
1508         os_vm_size_t remaining_bytes;
1509         os_vm_size_t bytes_freed;
1510         page_index_t next_page;
1511         page_bytes_t old_bytes_used;
1512
1513         /* FIXME: This comment is somewhat stale.
1514          *
1515          * Note: Any page write-protection must be removed, else a
1516          * later scavenge_newspace may incorrectly not scavenge these
1517          * pages. This would not be necessary if they are added to the
1518          * new areas, but let's do it for them all (they'll probably
1519          * be written anyway?). */
1520
1521         gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
1522         next_page = first_page;
1523         remaining_bytes = nwords*N_WORD_BYTES;
1524
1525         while (remaining_bytes > GENCGC_CARD_BYTES) {
1526             gc_assert(page_table[next_page].gen == from_space);
1527             gc_assert(page_table[next_page].large_object);
1528             gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
1529                       npage_bytes(next_page-first_page));
1530             gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
1531             /* Should have been unprotected by unprotect_oldspace()
1532              * for boxed objects, and after promotion unboxed ones
1533              * should not be on protected pages at all. */
1534             gc_assert(!page_table[next_page].write_protected);
1535
1536             if (boxedp)
1537                 gc_assert(page_boxed_p(next_page));
1538             else {
1539                 gc_assert(page_allocated_no_region_p(next_page));
1540                 page_table[next_page].allocated = UNBOXED_PAGE_FLAG;
1541             }
1542             page_table[next_page].gen = new_space;
1543
1544             remaining_bytes -= GENCGC_CARD_BYTES;
1545             next_page++;
1546         }
1547
1548         /* Now only one page remains, but the object may have shrunk so
1549          * there may be more unused pages which will be freed. */
1550
1551         /* Object may have shrunk but shouldn't have grown - check. */
1552         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used >= remaining_bytes);
1553
1554         page_table[next_page].gen = new_space;
1555
1556         if (boxedp)
1557             gc_assert(page_boxed_p(next_page));
1558         else
1559             page_table[next_page].allocated = UNBOXED_PAGE_FLAG;
1560
1561         /* Adjust the bytes_used. */
1562         old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
1563         page_table[next_page].bytes_used = remaining_bytes;
1564
1565         bytes_freed = old_bytes_used - remaining_bytes;
1566
1567         /* Free any remaining pages; needs care. */
1568         next_page++;
1569         while ((old_bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES) &&
1570                (page_table[next_page].gen == from_space) &&
1571                /* FIXME: It is not obvious to me why this is necessary
1572                 * as a loop condition: it seems to me that the
1573                 * scan_start_offset test should be sufficient, but
1574                 * experimentally that is not the case. --NS
1575                 * 2011-11-28 */
1576                (boxedp ?
1577                 page_boxed_p(next_page) :
1578                 page_allocated_no_region_p(next_page)) &&
1579                page_table[next_page].large_object &&
1580                (page_table[next_page].scan_start_offset ==
1581                 npage_bytes(next_page - first_page))) {
1582             /* Checks out OK, free the page. Don't need to both zeroing
1583              * pages as this should have been done before shrinking the
1584              * object. These pages shouldn't be write-protected, even if
1585              * boxed they should be zero filled. */
1586             gc_assert(page_table[next_page].write_protected == 0);
1587
1588             old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
1589             page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1590             page_table[next_page].bytes_used = 0;
1591             bytes_freed += old_bytes_used;
1592             next_page++;
1593         }
1594
1595         if ((bytes_freed > 0) && gencgc_verbose) {
1596             FSHOW((stderr,
1597                    "/general_copy_large_object bytes_freed=%"OS_VM_SIZE_FMT"\n",
1598                    bytes_freed));
1599         }
1600
1601         generations[from_space].bytes_allocated -= nwords*N_WORD_BYTES
1602             + bytes_freed;
1603         generations[new_space].bytes_allocated += nwords*N_WORD_BYTES;
1604         bytes_allocated -= bytes_freed;
1605
1606         /* Add the region to the new_areas if requested. */
1607         if (boxedp)
1608             add_new_area(first_page,0,nwords*N_WORD_BYTES);
1609
1610         return(object);
1611
1612     } else {
1613         /* Get tag of object. */
1614         tag = lowtag_of(object);
1615
1616         /* Allocate space. */
1617         new = gc_general_alloc(nwords*N_WORD_BYTES,
1618                                (boxedp ? BOXED_PAGE_FLAG : UNBOXED_PAGE_FLAG),
1619                                ALLOC_QUICK);
1620
1621         /* Copy the object. */
1622         memcpy(new,native_pointer(object),nwords*N_WORD_BYTES);
1623
1624         /* Return Lisp pointer of new object. */
1625         return ((lispobj) new) | tag;
1626     }
1627 }
1628
1629 lispobj
1630 copy_large_object(lispobj object, sword_t nwords)
1631 {
1632     return general_copy_large_object(object, nwords, 1);
1633 }
1634
1635 lispobj
1636 copy_large_unboxed_object(lispobj object, sword_t nwords)
1637 {
1638     return general_copy_large_object(object, nwords, 0);
1639 }
1640
1641 /* to copy unboxed objects */
1642 lispobj
1643 copy_unboxed_object(lispobj object, sword_t nwords)
1644 {
1645     return gc_general_copy_object(object, nwords, UNBOXED_PAGE_FLAG);
1646 }
1647 \f
1648
1649 /*
1650  * code and code-related objects
1651  */
1652 /*
1653 static lispobj trans_fun_header(lispobj object);
1654 static lispobj trans_boxed(lispobj object);
1655 */
1656
1657 /* Scan a x86 compiled code object, looking for possible fixups that
1658  * have been missed after a move.
1659  *
1660  * Two types of fixups are needed:
1661  * 1. Absolute fixups to within the code object.
1662  * 2. Relative fixups to outside the code object.
1663  *
1664  * Currently only absolute fixups to the constant vector, or to the
1665  * code area are checked. */
1666 #ifdef LISP_FEATURE_X86
1667 void
1668 sniff_code_object(struct code *code, os_vm_size_t displacement)
1669 {
1670     sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
1671     os_vm_address_t constants_start_addr = NULL, constants_end_addr, p;
1672     os_vm_address_t code_start_addr, code_end_addr;
1673     os_vm_address_t code_addr = (os_vm_address_t)code;
1674     int fixup_found = 0;
1675
1676     if (!check_code_fixups)
1677         return;
1678
1679     FSHOW((stderr, "/sniffing code: %p, %lu\n", code, displacement));
1680
1681     ncode_words = fixnum_value(code->code_size);
1682     nheader_words = HeaderValue(*(lispobj *)code);
1683     nwords = ncode_words + nheader_words;
1684
1685     constants_start_addr = code_addr + 5*N_WORD_BYTES;
1686     constants_end_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1687     code_start_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1688     code_end_addr = code_addr + nwords*N_WORD_BYTES;
1689
1690     /* Work through the unboxed code. */
1691     for (p = code_start_addr; p < code_end_addr; p++) {
1692         void *data = *(void **)p;
1693         unsigned d1 = *((unsigned char *)p - 1);
1694         unsigned d2 = *((unsigned char *)p - 2);
1695         unsigned d3 = *((unsigned char *)p - 3);
1696         unsigned d4 = *((unsigned char *)p - 4);
1697 #if QSHOW
1698         unsigned d5 = *((unsigned char *)p - 5);
1699         unsigned d6 = *((unsigned char *)p - 6);
1700 #endif
1701
1702         /* Check for code references. */
1703         /* Check for a 32 bit word that looks like an absolute
1704            reference to within the code adea of the code object. */
1705         if ((data >= (void*)(code_start_addr-displacement))
1706             && (data < (void*)(code_end_addr-displacement))) {
1707             /* function header */
1708             if ((d4 == 0x5e)
1709                 && (((unsigned)p - 4 - 4*HeaderValue(*((unsigned *)p-1))) ==
1710                     (unsigned)code)) {
1711                 /* Skip the function header */
1712                 p += 6*4 - 4 - 1;
1713                 continue;
1714             }
1715             /* the case of PUSH imm32 */
1716             if (d1 == 0x68) {
1717                 fixup_found = 1;
1718                 FSHOW((stderr,
1719                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1720                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1721                 FSHOW((stderr, "/PUSH $0x%.8x\n", data));
1722             }
1723             /* the case of MOV [reg-8],imm32 */
1724             if ((d3 == 0xc7)
1725                 && (d2==0x40 || d2==0x41 || d2==0x42 || d2==0x43
1726                     || d2==0x45 || d2==0x46 || d2==0x47)
1727                 && (d1 == 0xf8)) {
1728                 fixup_found = 1;
1729                 FSHOW((stderr,
1730                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1731                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1732                 FSHOW((stderr, "/MOV [reg-8],$0x%.8x\n", data));
1733             }
1734             /* the case of LEA reg,[disp32] */
1735             if ((d2 == 0x8d) && ((d1 & 0xc7) == 5)) {
1736                 fixup_found = 1;
1737                 FSHOW((stderr,
1738                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1739                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1740                 FSHOW((stderr,"/LEA reg,[$0x%.8x]\n", data));
1741             }
1742         }
1743
1744         /* Check for constant references. */
1745         /* Check for a 32 bit word that looks like an absolute
1746            reference to within the constant vector. Constant references
1747            will be aligned. */
1748         if ((data >= (void*)(constants_start_addr-displacement))
1749             && (data < (void*)(constants_end_addr-displacement))
1750             && (((unsigned)data & 0x3) == 0)) {
1751             /*  Mov eax,m32 */
1752             if (d1 == 0xa1) {
1753                 fixup_found = 1;
1754                 FSHOW((stderr,
1755                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1756                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1757                 FSHOW((stderr,"/MOV eax,0x%.8x\n", data));
1758             }
1759
1760             /*  the case of MOV m32,EAX */
1761             if (d1 == 0xa3) {
1762                 fixup_found = 1;
1763                 FSHOW((stderr,
1764                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1765                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1766                 FSHOW((stderr, "/MOV 0x%.8x,eax\n", data));
1767             }
1768
1769             /* the case of CMP m32,imm32 */
1770             if ((d1 == 0x3d) && (d2 == 0x81)) {
1771                 fixup_found = 1;
1772                 FSHOW((stderr,
1773                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1774                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1775                 /* XX Check this */
1776                 FSHOW((stderr, "/CMP 0x%.8x,immed32\n", data));
1777             }
1778
1779             /* Check for a mod=00, r/m=101 byte. */
1780             if ((d1 & 0xc7) == 5) {
1781                 /* Cmp m32,reg */
1782                 if (d2 == 0x39) {
1783                     fixup_found = 1;
1784                     FSHOW((stderr,
1785                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1786                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1787                     FSHOW((stderr,"/CMP 0x%.8x,reg\n", data));
1788                 }
1789                 /* the case of CMP reg32,m32 */
1790                 if (d2 == 0x3b) {
1791                     fixup_found = 1;
1792                     FSHOW((stderr,
1793                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1794                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1795                     FSHOW((stderr, "/CMP reg32,0x%.8x\n", data));
1796                 }
1797                 /* the case of MOV m32,reg32 */
1798                 if (d2 == 0x89) {
1799                     fixup_found = 1;
1800                     FSHOW((stderr,
1801                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1802                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1803                     FSHOW((stderr, "/MOV 0x%.8x,reg32\n", data));
1804                 }
1805                 /* the case of MOV reg32,m32 */
1806                 if (d2 == 0x8b) {
1807                     fixup_found = 1;
1808                     FSHOW((stderr,
1809                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1810                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1811                     FSHOW((stderr, "/MOV reg32,0x%.8x\n", data));
1812                 }
1813                 /* the case of LEA reg32,m32 */
1814                 if (d2 == 0x8d) {
1815                     fixup_found = 1;
1816                     FSHOW((stderr,
1817                            "abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1818                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1819                     FSHOW((stderr, "/LEA reg32,0x%.8x\n", data));
1820                 }
1821             }
1822         }
1823     }
1824
1825     /* If anything was found, print some information on the code
1826      * object. */
1827     if (fixup_found) {
1828         FSHOW((stderr,
1829                "/compiled code object at %x: header words = %d, code words = %d\n",
1830                code, nheader_words, ncode_words));
1831         FSHOW((stderr,
1832                "/const start = %x, end = %x\n",
1833                constants_start_addr, constants_end_addr));
1834         FSHOW((stderr,
1835                "/code start = %x, end = %x\n",
1836                code_start_addr, code_end_addr));
1837     }
1838 }
1839 #endif
1840
1841 #ifdef LISP_FEATURE_X86
1842 void
1843 gencgc_apply_code_fixups(struct code *old_code, struct code *new_code)
1844 {
1845     sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
1846     os_vm_address_t constants_start_addr, constants_end_addr;
1847     os_vm_address_t code_start_addr, code_end_addr;
1848     os_vm_address_t code_addr = (os_vm_address_t)new_code;
1849     os_vm_address_t old_addr = (os_vm_address_t)old_code;
1850     os_vm_size_t displacement = code_addr - old_addr;
1851     lispobj fixups = NIL;
1852     struct vector *fixups_vector;
1853
1854     ncode_words = fixnum_value(new_code->code_size);
1855     nheader_words = HeaderValue(*(lispobj *)new_code);
1856     nwords = ncode_words + nheader_words;
1857     /* FSHOW((stderr,
1858              "/compiled code object at %x: header words = %d, code words = %d\n",
1859              new_code, nheader_words, ncode_words)); */
1860     constants_start_addr = code_addr + 5*N_WORD_BYTES;
1861     constants_end_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1862     code_start_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1863     code_end_addr = code_addr + nwords*N_WORD_BYTES;
1864     /*
1865     FSHOW((stderr,
1866            "/const start = %x, end = %x\n",
1867            constants_start_addr,constants_end_addr));
1868     FSHOW((stderr,
1869            "/code start = %x; end = %x\n",
1870            code_start_addr,code_end_addr));
1871     */
1872
1873     /* The first constant should be a pointer to the fixups for this
1874        code objects. Check. */
1875     fixups = new_code->constants[0];
1876
1877     /* It will be 0 or the unbound-marker if there are no fixups (as
1878      * will be the case if the code object has been purified, for
1879      * example) and will be an other pointer if it is valid. */
1880     if ((fixups == 0) || (fixups == UNBOUND_MARKER_WIDETAG) ||
1881         !is_lisp_pointer(fixups)) {
1882         /* Check for possible errors. */
1883         if (check_code_fixups)
1884             sniff_code_object(new_code, displacement);
1885
1886         return;
1887     }
1888
1889     fixups_vector = (struct vector *)native_pointer(fixups);
1890
1891     /* Could be pointing to a forwarding pointer. */
1892     /* FIXME is this always in from_space?  if so, could replace this code with
1893      * forwarding_pointer_p/forwarding_pointer_value */
1894     if (is_lisp_pointer(fixups) &&
1895         (find_page_index((void*)fixups_vector) != -1) &&
1896         (fixups_vector->header == 0x01)) {
1897         /* If so, then follow it. */
1898         /*SHOW("following pointer to a forwarding pointer");*/
1899         fixups_vector =
1900             (struct vector *)native_pointer((lispobj)fixups_vector->length);
1901     }
1902
1903     /*SHOW("got fixups");*/
1904
1905     if (widetag_of(fixups_vector->header) == SIMPLE_ARRAY_WORD_WIDETAG) {
1906         /* Got the fixups for the code block. Now work through the vector,
1907            and apply a fixup at each address. */
1908         sword_t length = fixnum_value(fixups_vector->length);
1909         sword_t i;
1910         for (i = 0; i < length; i++) {
1911             long offset = fixups_vector->data[i];
1912             /* Now check the current value of offset. */
1913             os_vm_address_t old_value = *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset);
1914
1915             /* If it's within the old_code object then it must be an
1916              * absolute fixup (relative ones are not saved) */
1917             if ((old_value >= old_addr)
1918                 && (old_value < (old_addr + nwords*N_WORD_BYTES)))
1919                 /* So add the dispacement. */
1920                 *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset) =
1921                     old_value + displacement;
1922             else
1923                 /* It is outside the old code object so it must be a
1924                  * relative fixup (absolute fixups are not saved). So
1925                  * subtract the displacement. */
1926                 *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset) =
1927                     old_value - displacement;
1928         }
1929     } else {
1930         /* This used to just print a note to stderr, but a bogus fixup seems to
1931          * indicate real heap corruption, so a hard hailure is in order. */
1932         lose("fixup vector %p has a bad widetag: %d\n",
1933              fixups_vector, widetag_of(fixups_vector->header));
1934     }
1935
1936     /* Check for possible errors. */
1937     if (check_code_fixups) {
1938         sniff_code_object(new_code,displacement);
1939     }
1940 }
1941 #endif
1942
1943 static lispobj
1944 trans_boxed_large(lispobj object)
1945 {
1946     lispobj header;
1947     uword_t length;
1948
1949     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1950
1951     header = *((lispobj *) native_pointer(object));
1952     length = HeaderValue(header) + 1;
1953     length = CEILING(length, 2);
1954
1955     return copy_large_object(object, length);
1956 }
1957
1958 /* Doesn't seem to be used, delete it after the grace period. */
1959 #if 0
1960 static lispobj
1961 trans_unboxed_large(lispobj object)
1962 {
1963     lispobj header;
1964     uword_t length;
1965
1966     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1967
1968     header = *((lispobj *) native_pointer(object));
1969     length = HeaderValue(header) + 1;
1970     length = CEILING(length, 2);
1971
1972     return copy_large_unboxed_object(object, length);
1973 }
1974 #endif
1975 \f
1976 /*
1977  * weak pointers
1978  */
1979
1980 /* XX This is a hack adapted from cgc.c. These don't work too
1981  * efficiently with the gencgc as a list of the weak pointers is
1982  * maintained within the objects which causes writes to the pages. A
1983  * limited attempt is made to avoid unnecessary writes, but this needs
1984  * a re-think. */
1985 #define WEAK_POINTER_NWORDS \
1986     CEILING((sizeof(struct weak_pointer) / sizeof(lispobj)), 2)
1987
1988 static sword_t
1989 scav_weak_pointer(lispobj *where, lispobj object)
1990 {
1991     /* Since we overwrite the 'next' field, we have to make
1992      * sure not to do so for pointers already in the list.
1993      * Instead of searching the list of weak_pointers each
1994      * time, we ensure that next is always NULL when the weak
1995      * pointer isn't in the list, and not NULL otherwise.
1996      * Since we can't use NULL to denote end of list, we
1997      * use a pointer back to the same weak_pointer.
1998      */
1999     struct weak_pointer * wp = (struct weak_pointer*)where;
2000
2001     if (NULL == wp->next) {
2002         wp->next = weak_pointers;
2003         weak_pointers = wp;
2004         if (NULL == wp->next)
2005             wp->next = wp;
2006     }
2007
2008     /* Do not let GC scavenge the value slot of the weak pointer.
2009      * (That is why it is a weak pointer.) */
2010
2011     return WEAK_POINTER_NWORDS;
2012 }
2013
2014 \f
2015 lispobj *
2016 search_read_only_space(void *pointer)
2017 {
2018     lispobj *start = (lispobj *) READ_ONLY_SPACE_START;
2019     lispobj *end = (lispobj *) SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0);
2020     if ((pointer < (void *)start) || (pointer >= (void *)end))
2021         return NULL;
2022     return (gc_search_space(start,
2023                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2024                             (lispobj *) pointer));
2025 }
2026
2027 lispobj *
2028 search_static_space(void *pointer)
2029 {
2030     lispobj *start = (lispobj *)STATIC_SPACE_START;
2031     lispobj *end = (lispobj *)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0);
2032     if ((pointer < (void *)start) || (pointer >= (void *)end))
2033         return NULL;
2034     return (gc_search_space(start,
2035                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2036                             (lispobj *) pointer));
2037 }
2038
2039 /* a faster version for searching the dynamic space. This will work even
2040  * if the object is in a current allocation region. */
2041 lispobj *
2042 search_dynamic_space(void *pointer)
2043 {
2044     page_index_t page_index = find_page_index(pointer);
2045     lispobj *start;
2046
2047     /* The address may be invalid, so do some checks. */
2048     if ((page_index == -1) || page_free_p(page_index))
2049         return NULL;
2050     start = (lispobj *)page_scan_start(page_index);
2051     return (gc_search_space(start,
2052                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2053                             (lispobj *)pointer));
2054 }
2055
2056 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2057
2058 /* Is there any possibility that pointer is a valid Lisp object
2059  * reference, and/or something else (e.g. subroutine call return
2060  * address) which should prevent us from moving the referred-to thing?
2061  * This is called from preserve_pointers() */
2062 static int
2063 possibly_valid_dynamic_space_pointer(lispobj *pointer)
2064 {
2065     lispobj *start_addr;
2066
2067     /* Find the object start address. */
2068     if ((start_addr = search_dynamic_space(pointer)) == NULL) {
2069         return 0;
2070     }
2071
2072     return looks_like_valid_lisp_pointer_p(pointer, start_addr);
2073 }
2074
2075 #endif  // defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2076
2077 static int
2078 valid_conservative_root_p(void *addr, page_index_t addr_page_index)
2079 {
2080     /* quick check 1: Address is quite likely to have been invalid. */
2081     if ((addr_page_index == -1)
2082         || page_free_p(addr_page_index)
2083         || (page_table[addr_page_index].bytes_used == 0)
2084         || (page_table[addr_page_index].gen != from_space)
2085         /* Skip if already marked dont_move. */
2086         || (page_table[addr_page_index].dont_move != 0))
2087         return 0;
2088     gc_assert(!(page_table[addr_page_index].allocated&OPEN_REGION_PAGE_FLAG));
2089
2090     /* quick check 2: Check the offset within the page.
2091      *
2092      */
2093     if (((uword_t)addr & (GENCGC_CARD_BYTES - 1)) >
2094         page_table[addr_page_index].bytes_used)
2095         return 0;
2096
2097     /* Filter out anything which can't be a pointer to a Lisp object
2098      * (or, as a special case which also requires dont_move, a return
2099      * address referring to something in a CodeObject). This is
2100      * expensive but important, since it vastly reduces the
2101      * probability that random garbage will be bogusly interpreted as
2102      * a pointer which prevents a page from moving.
2103      *
2104      * This only needs to happen on x86oids, where this is used for
2105      * conservative roots.  Non-x86oid systems only ever call this
2106      * function on known-valid lisp objects. */
2107 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2108     if (!(code_page_p(addr_page_index)
2109           || (is_lisp_pointer((lispobj)addr) &&
2110               possibly_valid_dynamic_space_pointer(addr))))
2111         return 0;
2112 #endif
2113
2114     return 1;
2115 }
2116
2117 /* Adjust large bignum and vector objects. This will adjust the
2118  * allocated region if the size has shrunk, and move unboxed objects
2119  * into unboxed pages. The pages are not promoted here, and the
2120  * promoted region is not added to the new_regions; this is really
2121  * only designed to be called from preserve_pointer(). Shouldn't fail
2122  * if this is missed, just may delay the moving of objects to unboxed
2123  * pages, and the freeing of pages. */
2124 static void
2125 maybe_adjust_large_object(lispobj *where)
2126 {
2127     page_index_t first_page;
2128     page_index_t next_page;
2129     sword_t nwords;
2130
2131     uword_t remaining_bytes;
2132     uword_t bytes_freed;
2133     uword_t old_bytes_used;
2134
2135     int boxed;
2136
2137     /* Check whether it's a vector or bignum object. */
2138     switch (widetag_of(where[0])) {
2139     case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
2140         boxed = BOXED_PAGE_FLAG;
2141         break;
2142     case BIGNUM_WIDETAG:
2143     case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
2144 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
2145     case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
2146 #endif
2147     case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
2148     case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
2149     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
2150     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
2151     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
2152     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2153     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
2154     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2155
2156     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
2157
2158     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
2159     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2160 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
2161     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
2162 #endif
2163 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2164     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2165 #endif
2166 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
2167     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2168 #endif
2169 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
2170     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2171 #endif
2172
2173     case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
2174
2175 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
2176     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2177 #endif
2178 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2179     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2180 #endif
2181     case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2182     case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2183 #ifdef SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG
2184     case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2185 #endif
2186 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
2187     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2188 #endif
2189 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
2190     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2191 #endif
2192 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
2193     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2194 #endif
2195         boxed = UNBOXED_PAGE_FLAG;
2196         break;
2197     default:
2198         return;
2199     }
2200
2201     /* Find its current size. */
2202     nwords = (sizetab[widetag_of(where[0])])(where);
2203
2204     first_page = find_page_index((void *)where);
2205     gc_assert(first_page >= 0);
2206
2207     /* Note: Any page write-protection must be removed, else a later
2208      * scavenge_newspace may incorrectly not scavenge these pages.
2209      * This would not be necessary if they are added to the new areas,
2210      * but lets do it for them all (they'll probably be written
2211      * anyway?). */
2212
2213     gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
2214
2215     next_page = first_page;
2216     remaining_bytes = nwords*N_WORD_BYTES;
2217     while (remaining_bytes > GENCGC_CARD_BYTES) {
2218         gc_assert(page_table[next_page].gen == from_space);
2219         gc_assert(page_allocated_no_region_p(next_page));
2220         gc_assert(page_table[next_page].large_object);
2221         gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
2222                   npage_bytes(next_page-first_page));
2223         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2224
2225         page_table[next_page].allocated = boxed;
2226
2227         /* Shouldn't be write-protected at this stage. Essential that the
2228          * pages aren't. */
2229         gc_assert(!page_table[next_page].write_protected);
2230         remaining_bytes -= GENCGC_CARD_BYTES;
2231         next_page++;
2232     }
2233
2234     /* Now only one page remains, but the object may have shrunk so
2235      * there may be more unused pages which will be freed. */
2236
2237     /* Object may have shrunk but shouldn't have grown - check. */
2238     gc_assert(page_table[next_page].bytes_used >= remaining_bytes);
2239
2240     page_table[next_page].allocated = boxed;
2241     gc_assert(page_table[next_page].allocated ==
2242               page_table[first_page].allocated);
2243
2244     /* Adjust the bytes_used. */
2245     old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2246     page_table[next_page].bytes_used = remaining_bytes;
2247
2248     bytes_freed = old_bytes_used - remaining_bytes;
2249
2250     /* Free any remaining pages; needs care. */
2251     next_page++;
2252     while ((old_bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES) &&
2253            (page_table[next_page].gen == from_space) &&
2254            page_allocated_no_region_p(next_page) &&
2255            page_table[next_page].large_object &&
2256            (page_table[next_page].scan_start_offset ==
2257             npage_bytes(next_page - first_page))) {
2258         /* It checks out OK, free the page. We don't need to both zeroing
2259          * pages as this should have been done before shrinking the
2260          * object. These pages shouldn't be write protected as they
2261          * should be zero filled. */
2262         gc_assert(page_table[next_page].write_protected == 0);
2263
2264         old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2265         page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2266         page_table[next_page].bytes_used = 0;
2267         bytes_freed += old_bytes_used;
2268         next_page++;
2269     }
2270
2271     if ((bytes_freed > 0) && gencgc_verbose) {
2272         FSHOW((stderr,
2273                "/maybe_adjust_large_object() freed %d\n",
2274                bytes_freed));
2275     }
2276
2277     generations[from_space].bytes_allocated -= bytes_freed;
2278     bytes_allocated -= bytes_freed;
2279
2280     return;
2281 }
2282
2283 /* Take a possible pointer to a Lisp object and mark its page in the
2284  * page_table so that it will not be relocated during a GC.
2285  *
2286  * This involves locating the page it points to, then backing up to
2287  * the start of its region, then marking all pages dont_move from there
2288  * up to the first page that's not full or has a different generation
2289  *
2290  * It is assumed that all the page static flags have been cleared at
2291  * the start of a GC.
2292  *
2293  * It is also assumed that the current gc_alloc() region has been
2294  * flushed and the tables updated. */
2295
2296 static void
2297 preserve_pointer(void *addr)
2298 {
2299     page_index_t addr_page_index = find_page_index(addr);
2300     page_index_t first_page;
2301     page_index_t i;
2302     unsigned int region_allocation;
2303
2304     if (!valid_conservative_root_p(addr, addr_page_index))
2305         return;
2306
2307     /* (Now that we know that addr_page_index is in range, it's
2308      * safe to index into page_table[] with it.) */
2309     region_allocation = page_table[addr_page_index].allocated;
2310
2311     /* Find the beginning of the region.  Note that there may be
2312      * objects in the region preceding the one that we were passed a
2313      * pointer to: if this is the case, we will write-protect all the
2314      * previous objects' pages too.     */
2315
2316 #if 0
2317     /* I think this'd work just as well, but without the assertions.
2318      * -dan 2004.01.01 */
2319     first_page = find_page_index(page_scan_start(addr_page_index))
2320 #else
2321     first_page = addr_page_index;
2322     while (!page_starts_contiguous_block_p(first_page)) {
2323         --first_page;
2324         /* Do some checks. */
2325         gc_assert(page_table[first_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2326         gc_assert(page_table[first_page].gen == from_space);
2327         gc_assert(page_table[first_page].allocated == region_allocation);
2328     }
2329 #endif
2330
2331     /* Adjust any large objects before promotion as they won't be
2332      * copied after promotion. */
2333     if (page_table[first_page].large_object) {
2334         /* Large objects (specifically vectors and bignums) can
2335          * shrink, leaving a "tail" of zeroed space, which appears to
2336          * the filter above as a seris of valid conses, both car and
2337          * cdr of which contain the fixnum zero, but will be
2338          * deallocated when the GC shrinks the large object region to
2339          * fit the object within.  We allow raw pointers within code
2340          * space, but for boxed and unboxed space we do not, nor do
2341          * pointers to within a non-code object appear valid above.  A
2342          * cons cell will never merit allocation to a large object
2343          * page, so pick them off now, before we try to adjust the
2344          * object. */
2345         if ((lowtag_of((lispobj)addr) == LIST_POINTER_LOWTAG) &&
2346             !code_page_p(first_page)) {
2347             return;
2348         }
2349         maybe_adjust_large_object(page_address(first_page));
2350         /* It may have moved to unboxed pages. */
2351         region_allocation = page_table[first_page].allocated;
2352     }
2353
2354     /* Now work forward until the end of this contiguous area is found,
2355      * marking all pages as dont_move. */
2356     for (i = first_page; ;i++) {
2357         gc_assert(page_table[i].allocated == region_allocation);
2358
2359         /* Mark the page static. */
2360         page_table[i].dont_move = 1;
2361
2362         /* It is essential that the pages are not write protected as
2363          * they may have pointers into the old-space which need
2364          * scavenging. They shouldn't be write protected at this
2365          * stage. */
2366         gc_assert(!page_table[i].write_protected);
2367
2368         /* Check whether this is the last page in this contiguous block.. */
2369         if (page_ends_contiguous_block_p(i, from_space))
2370             break;
2371     }
2372
2373     /* Check that the page is now static. */
2374     gc_assert(page_table[addr_page_index].dont_move != 0);
2375 }
2376 \f
2377 /* If the given page is not write-protected, then scan it for pointers
2378  * to younger generations or the top temp. generation, if no
2379  * suspicious pointers are found then the page is write-protected.
2380  *
2381  * Care is taken to check for pointers to the current gc_alloc()
2382  * region if it is a younger generation or the temp. generation. This
2383  * frees the caller from doing a gc_alloc_update_page_tables(). Actually
2384  * the gc_alloc_generation does not need to be checked as this is only
2385  * called from scavenge_generation() when the gc_alloc generation is
2386  * younger, so it just checks if there is a pointer to the current
2387  * region.
2388  *
2389  * We return 1 if the page was write-protected, else 0. */
2390 static int
2391 update_page_write_prot(page_index_t page)
2392 {
2393     generation_index_t gen = page_table[page].gen;
2394     sword_t j;
2395     int wp_it = 1;
2396     void **page_addr = (void **)page_address(page);
2397     sword_t num_words = page_table[page].bytes_used / N_WORD_BYTES;
2398
2399     /* Shouldn't be a free page. */
2400     gc_assert(page_allocated_p(page));
2401     gc_assert(page_table[page].bytes_used != 0);
2402
2403     /* Skip if it's already write-protected, pinned, or unboxed */
2404     if (page_table[page].write_protected
2405         /* FIXME: What's the reason for not write-protecting pinned pages? */
2406         || page_table[page].dont_move
2407         || page_unboxed_p(page))
2408         return (0);
2409
2410     /* Scan the page for pointers to younger generations or the
2411      * top temp. generation. */
2412
2413     for (j = 0; j < num_words; j++) {
2414         void *ptr = *(page_addr+j);
2415         page_index_t index = find_page_index(ptr);
2416
2417         /* Check that it's in the dynamic space */
2418         if (index != -1)
2419             if (/* Does it point to a younger or the temp. generation? */
2420                 (page_allocated_p(index)
2421                  && (page_table[index].bytes_used != 0)
2422                  && ((page_table[index].gen < gen)
2423                      || (page_table[index].gen == SCRATCH_GENERATION)))
2424
2425                 /* Or does it point within a current gc_alloc() region? */
2426                 || ((boxed_region.start_addr <= ptr)
2427                     && (ptr <= boxed_region.free_pointer))
2428                 || ((unboxed_region.start_addr <= ptr)
2429                     && (ptr <= unboxed_region.free_pointer))) {
2430                 wp_it = 0;
2431                 break;
2432             }
2433     }
2434
2435     if (wp_it == 1) {
2436         /* Write-protect the page. */
2437         /*FSHOW((stderr, "/write-protecting page %d gen %d\n", page, gen));*/
2438
2439         os_protect((void *)page_addr,
2440                    GENCGC_CARD_BYTES,
2441                    OS_VM_PROT_READ|OS_VM_PROT_EXECUTE);
2442
2443         /* Note the page as protected in the page tables. */
2444         page_table[page].write_protected = 1;
2445     }
2446
2447     return (wp_it);
2448 }
2449
2450 /* Scavenge all generations from FROM to TO, inclusive, except for
2451  * new_space which needs special handling, as new objects may be
2452  * added which are not checked here - use scavenge_newspace generation.
2453  *
2454  * Write-protected pages should not have any pointers to the
2455  * from_space so do need scavenging; thus write-protected pages are
2456  * not always scavenged. There is some code to check that these pages
2457  * are not written; but to check fully the write-protected pages need
2458  * to be scavenged by disabling the code to skip them.
2459  *
2460  * Under the current scheme when a generation is GCed the younger
2461  * generations will be empty. So, when a generation is being GCed it
2462  * is only necessary to scavenge the older generations for pointers
2463  * not the younger. So a page that does not have pointers to younger
2464  * generations does not need to be scavenged.
2465  *
2466  * The write-protection can be used to note pages that don't have
2467  * pointers to younger pages. But pages can be written without having
2468  * pointers to younger generations. After the pages are scavenged here
2469  * they can be scanned for pointers to younger generations and if
2470  * there are none the page can be write-protected.
2471  *
2472  * One complication is when the newspace is the top temp. generation.
2473  *
2474  * Enabling SC_GEN_CK scavenges the write-protected pages and checks
2475  * that none were written, which they shouldn't be as they should have
2476  * no pointers to younger generations. This breaks down for weak
2477  * pointers as the objects contain a link to the next and are written
2478  * if a weak pointer is scavenged. Still it's a useful check. */
2479 static void
2480 scavenge_generations(generation_index_t from, generation_index_t to)
2481 {
2482     page_index_t i;
2483     page_index_t num_wp = 0;
2484
2485 #define SC_GEN_CK 0
2486 #if SC_GEN_CK
2487     /* Clear the write_protected_cleared flags on all pages. */
2488     for (i = 0; i < page_table_pages; i++)
2489         page_table[i].write_protected_cleared = 0;
2490 #endif
2491
2492     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2493         generation_index_t generation = page_table[i].gen;
2494         if (page_boxed_p(i)
2495             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2496             && (generation != new_space)
2497             && (generation >= from)
2498             && (generation <= to)) {
2499             page_index_t last_page,j;
2500             int write_protected=1;
2501
2502             /* This should be the start of a region */
2503             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
2504
2505             /* Now work forward until the end of the region */
2506             for (last_page = i; ; last_page++) {
2507                 write_protected =
2508                     write_protected && page_table[last_page].write_protected;
2509                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2510                     break;
2511             }
2512             if (!write_protected) {
2513                 scavenge(page_address(i),
2514                          ((uword_t)(page_table[last_page].bytes_used
2515                                           + npage_bytes(last_page-i)))
2516                          /N_WORD_BYTES);
2517
2518                 /* Now scan the pages and write protect those that
2519                  * don't have pointers to younger generations. */
2520                 if (enable_page_protection) {
2521                     for (j = i; j <= last_page; j++) {
2522                         num_wp += update_page_write_prot(j);
2523                     }
2524                 }
2525                 if ((gencgc_verbose > 1) && (num_wp != 0)) {
2526                     FSHOW((stderr,
2527                            "/write protected %d pages within generation %d\n",
2528                            num_wp, generation));
2529                 }
2530             }
2531             i = last_page;
2532         }
2533     }
2534
2535 #if SC_GEN_CK
2536     /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2537      * have been written to. */
2538     for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2539         if (page_allocated_p(i)
2540             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2541             && (page_table[i].gen == generation)
2542             && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)) {
2543             FSHOW((stderr, "/scavenge_generation() %d\n", generation));
2544             FSHOW((stderr,
2545                    "/page bytes_used=%d scan_start_offset=%lu dont_move=%d\n",
2546                     page_table[i].bytes_used,
2547                     page_table[i].scan_start_offset,
2548                     page_table[i].dont_move));
2549             lose("write to protected page %d in scavenge_generation()\n", i);
2550         }
2551     }
2552 #endif
2553 }
2554
2555 \f
2556 /* Scavenge a newspace generation. As it is scavenged new objects may
2557  * be allocated to it; these will also need to be scavenged. This
2558  * repeats until there are no more objects unscavenged in the
2559  * newspace generation.
2560  *
2561  * To help improve the efficiency, areas written are recorded by
2562  * gc_alloc() and only these scavenged. Sometimes a little more will be
2563  * scavenged, but this causes no harm. An easy check is done that the
2564  * scavenged bytes equals the number allocated in the previous
2565  * scavenge.
2566  *
2567  * Write-protected pages are not scanned except if they are marked
2568  * dont_move in which case they may have been promoted and still have
2569  * pointers to the from space.
2570  *
2571  * Write-protected pages could potentially be written by alloc however
2572  * to avoid having to handle re-scavenging of write-protected pages
2573  * gc_alloc() does not write to write-protected pages.
2574  *
2575  * New areas of objects allocated are recorded alternatively in the two
2576  * new_areas arrays below. */
2577 static struct new_area new_areas_1[NUM_NEW_AREAS];
2578 static struct new_area new_areas_2[NUM_NEW_AREAS];
2579
2580 /* Do one full scan of the new space generation. This is not enough to
2581  * complete the job as new objects may be added to the generation in
2582  * the process which are not scavenged. */
2583 static void
2584 scavenge_newspace_generation_one_scan(generation_index_t generation)
2585 {
2586     page_index_t i;
2587
2588     FSHOW((stderr,
2589            "/starting one full scan of newspace generation %d\n",
2590            generation));
2591     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2592         /* Note that this skips over open regions when it encounters them. */
2593         if (page_boxed_p(i)
2594             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2595             && (page_table[i].gen == generation)
2596             && ((page_table[i].write_protected == 0)
2597                 /* (This may be redundant as write_protected is now
2598                  * cleared before promotion.) */
2599                 || (page_table[i].dont_move == 1))) {
2600             page_index_t last_page;
2601             int all_wp=1;
2602
2603             /* The scavenge will start at the scan_start_offset of
2604              * page i.
2605              *
2606              * We need to find the full extent of this contiguous
2607              * block in case objects span pages.
2608              *
2609              * Now work forward until the end of this contiguous area
2610              * is found. A small area is preferred as there is a
2611              * better chance of its pages being write-protected. */
2612             for (last_page = i; ;last_page++) {
2613                 /* If all pages are write-protected and movable,
2614                  * then no need to scavenge */
2615                 all_wp=all_wp && page_table[last_page].write_protected &&
2616                     !page_table[last_page].dont_move;
2617
2618                 /* Check whether this is the last page in this
2619                  * contiguous block */
2620                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2621                     break;
2622             }
2623
2624             /* Do a limited check for write-protected pages.  */
2625             if (!all_wp) {
2626                 sword_t nwords = (((uword_t)
2627                                (page_table[last_page].bytes_used
2628                                 + npage_bytes(last_page-i)
2629                                 + page_table[i].scan_start_offset))
2630                                / N_WORD_BYTES);
2631                 new_areas_ignore_page = last_page;
2632
2633                 scavenge(page_scan_start(i), nwords);
2634
2635             }
2636             i = last_page;
2637         }
2638     }
2639     FSHOW((stderr,
2640            "/done with one full scan of newspace generation %d\n",
2641            generation));
2642 }
2643
2644 /* Do a complete scavenge of the newspace generation. */
2645 static void
2646 scavenge_newspace_generation(generation_index_t generation)
2647 {
2648     size_t i;
2649
2650     /* the new_areas array currently being written to by gc_alloc() */
2651     struct new_area (*current_new_areas)[] = &new_areas_1;
2652     size_t current_new_areas_index;
2653
2654     /* the new_areas created by the previous scavenge cycle */
2655     struct new_area (*previous_new_areas)[] = NULL;
2656     size_t previous_new_areas_index;
2657
2658     /* Flush the current regions updating the tables. */
2659     gc_alloc_update_all_page_tables();
2660
2661     /* Turn on the recording of new areas by gc_alloc(). */
2662     new_areas = current_new_areas;
2663     new_areas_index = 0;
2664
2665     /* Don't need to record new areas that get scavenged anyway during
2666      * scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2667     record_new_objects = 1;
2668
2669     /* Start with a full scavenge. */
2670     scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2671
2672     /* Record all new areas now. */
2673     record_new_objects = 2;
2674
2675     /* Give a chance to weak hash tables to make other objects live.
2676      * FIXME: The algorithm implemented here for weak hash table gcing
2677      * is O(W^2+N) as Bruno Haible warns in
2678      * http://www.haible.de/bruno/papers/cs/weak/WeakDatastructures-writeup.html
2679      * see "Implementation 2". */
2680     scav_weak_hash_tables();
2681
2682     /* Flush the current regions updating the tables. */
2683     gc_alloc_update_all_page_tables();
2684
2685     /* Grab new_areas_index. */
2686     current_new_areas_index = new_areas_index;
2687
2688     /*FSHOW((stderr,
2689              "The first scan is finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2690              current_new_areas_index));*/
2691
2692     while (current_new_areas_index > 0) {
2693         /* Move the current to the previous new areas */
2694         previous_new_areas = current_new_areas;
2695         previous_new_areas_index = current_new_areas_index;
2696
2697         /* Scavenge all the areas in previous new areas. Any new areas
2698          * allocated are saved in current_new_areas. */
2699
2700         /* Allocate an array for current_new_areas; alternating between
2701          * new_areas_1 and 2 */
2702         if (previous_new_areas == &new_areas_1)
2703             current_new_areas = &new_areas_2;
2704         else
2705             current_new_areas = &new_areas_1;
2706
2707         /* Set up for gc_alloc(). */
2708         new_areas = current_new_areas;
2709         new_areas_index = 0;
2710
2711         /* Check whether previous_new_areas had overflowed. */
2712         if (previous_new_areas_index >= NUM_NEW_AREAS) {
2713
2714             /* New areas of objects allocated have been lost so need to do a
2715              * full scan to be sure! If this becomes a problem try
2716              * increasing NUM_NEW_AREAS. */
2717             if (gencgc_verbose) {
2718                 SHOW("new_areas overflow, doing full scavenge");
2719             }
2720
2721             /* Don't need to record new areas that get scavenged
2722              * anyway during scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2723             record_new_objects = 1;
2724
2725             scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2726
2727             /* Record all new areas now. */
2728             record_new_objects = 2;
2729
2730             scav_weak_hash_tables();
2731
2732             /* Flush the current regions updating the tables. */
2733             gc_alloc_update_all_page_tables();
2734
2735         } else {
2736
2737             /* Work through previous_new_areas. */
2738             for (i = 0; i < previous_new_areas_index; i++) {
2739                 page_index_t page = (*previous_new_areas)[i].page;
2740                 size_t offset = (*previous_new_areas)[i].offset;
2741                 size_t size = (*previous_new_areas)[i].size / N_WORD_BYTES;
2742                 gc_assert((*previous_new_areas)[i].size % N_WORD_BYTES == 0);
2743                 scavenge(page_address(page)+offset, size);
2744             }
2745
2746             scav_weak_hash_tables();
2747
2748             /* Flush the current regions updating the tables. */
2749             gc_alloc_update_all_page_tables();
2750         }
2751
2752         current_new_areas_index = new_areas_index;
2753
2754         /*FSHOW((stderr,
2755                  "The re-scan has finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2756                  current_new_areas_index));*/
2757     }
2758
2759     /* Turn off recording of areas allocated by gc_alloc(). */
2760     record_new_objects = 0;
2761
2762 #if SC_NS_GEN_CK
2763     {
2764         page_index_t i;
2765         /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2766          * have been written to. */
2767         for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2768             if (page_allocated_p(i)
2769                 && (page_table[i].bytes_used != 0)
2770                 && (page_table[i].gen == generation)
2771                 && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)
2772                 && (page_table[i].dont_move == 0)) {
2773                 lose("write protected page %d written to in scavenge_newspace_generation\ngeneration=%d dont_move=%d\n",
2774                      i, generation, page_table[i].dont_move);
2775             }
2776         }
2777     }
2778 #endif
2779 }
2780 \f
2781 /* Un-write-protect all the pages in from_space. This is done at the
2782  * start of a GC else there may be many page faults while scavenging
2783  * the newspace (I've seen drive the system time to 99%). These pages
2784  * would need to be unprotected anyway before unmapping in
2785  * free_oldspace; not sure what effect this has on paging.. */
2786 static void
2787 unprotect_oldspace(void)
2788 {
2789     page_index_t i;
2790     void *region_addr = 0;
2791     void *page_addr = 0;
2792     uword_t region_bytes = 0;
2793
2794     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2795         if (page_allocated_p(i)
2796             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2797             && (page_table[i].gen == from_space)) {
2798
2799             /* Remove any write-protection. We should be able to rely
2800              * on the write-protect flag to avoid redundant calls. */
2801             if (page_table[i].write_protected) {
2802                 page_table[i].write_protected = 0;
2803                 page_addr = page_address(i);
2804                 if (!region_addr) {
2805                     /* First region. */
2806                     region_addr = page_addr;
2807                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2808                 } else if (region_addr + region_bytes == page_addr) {
2809                     /* Region continue. */
2810                     region_bytes += GENCGC_CARD_BYTES;
2811                 } else {
2812                     /* Unprotect previous region. */
2813                     os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2814                     /* First page in new region. */
2815                     region_addr = page_addr;
2816                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2817                 }
2818             }
2819         }
2820     }
2821     if (region_addr) {
2822         /* Unprotect last region. */
2823         os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2824     }
2825 }
2826
2827 /* Work through all the pages and free any in from_space. This
2828  * assumes that all objects have been copied or promoted to an older
2829  * generation. Bytes_allocated and the generation bytes_allocated
2830  * counter are updated. The number of bytes freed is returned. */
2831 static uword_t
2832 free_oldspace(void)
2833 {
2834     uword_t bytes_freed = 0;
2835     page_index_t first_page, last_page;
2836
2837     first_page = 0;
2838
2839     do {
2840         /* Find a first page for the next region of pages. */
2841         while ((first_page < last_free_page)
2842                && (page_free_p(first_page)
2843                    || (page_table[first_page].bytes_used == 0)
2844                    || (page_table[first_page].gen != from_space)))
2845             first_page++;
2846
2847         if (first_page >= last_free_page)
2848             break;
2849
2850         /* Find the last page of this region. */
2851         last_page = first_page;
2852
2853         do {
2854             /* Free the page. */
2855             bytes_freed += page_table[last_page].bytes_used;
2856             generations[page_table[last_page].gen].bytes_allocated -=
2857                 page_table[last_page].bytes_used;
2858             page_table[last_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2859             page_table[last_page].bytes_used = 0;
2860             /* Should already be unprotected by unprotect_oldspace(). */
2861             gc_assert(!page_table[last_page].write_protected);
2862             last_page++;
2863         }
2864         while ((last_page < last_free_page)
2865                && page_allocated_p(last_page)
2866                && (page_table[last_page].bytes_used != 0)
2867                && (page_table[last_page].gen == from_space));
2868
2869 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
2870         os_protect(page_address(first_page),
2871                    npage_bytes(last_page-first_page),
2872                    OS_VM_PROT_NONE);
2873 #endif
2874         first_page = last_page;
2875     } while (first_page < last_free_page);
2876
2877     bytes_allocated -= bytes_freed;
2878     return bytes_freed;
2879 }
2880 \f
2881 #if 0
2882 /* Print some information about a pointer at the given address. */
2883 static void
2884 print_ptr(lispobj *addr)
2885 {
2886     /* If addr is in the dynamic space then out the page information. */
2887     page_index_t pi1 = find_page_index((void*)addr);
2888
2889     if (pi1 != -1)
2890         fprintf(stderr,"  %p: page %d  alloc %d  gen %d  bytes_used %d  offset %lu  dont_move %d\n",
2891                 addr,
2892                 pi1,
2893                 page_table[pi1].allocated,
2894                 page_table[pi1].gen,
2895                 page_table[pi1].bytes_used,
2896                 page_table[pi1].scan_start_offset,
2897                 page_table[pi1].dont_move);
2898     fprintf(stderr,"  %x %x %x %x (%x) %x %x %x %x\n",
2899             *(addr-4),
2900             *(addr-3),
2901             *(addr-2),
2902             *(addr-1),
2903             *(addr-0),
2904             *(addr+1),
2905             *(addr+2),
2906             *(addr+3),
2907             *(addr+4));
2908 }
2909 #endif
2910
2911 static int
2912 is_in_stack_space(lispobj ptr)
2913 {
2914     /* For space verification: Pointers can be valid if they point
2915      * to a thread stack space.  This would be faster if the thread
2916      * structures had page-table entries as if they were part of
2917      * the heap space. */
2918     struct thread *th;
2919     for_each_thread(th) {
2920         if ((th->control_stack_start <= (lispobj *)ptr) &&
2921             (th->control_stack_end >= (lispobj *)ptr)) {
2922             return 1;
2923         }
2924     }
2925     return 0;
2926 }
2927
2928 static void
2929 verify_space(lispobj *start, size_t words)
2930 {
2931     int is_in_dynamic_space = (find_page_index((void*)start) != -1);
2932     int is_in_readonly_space =
2933         (READ_ONLY_SPACE_START <= (uword_t)start &&
2934          (uword_t)start < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2935
2936     while (words > 0) {
2937         size_t count = 1;
2938         lispobj thing = *(lispobj*)start;
2939
2940         if (is_lisp_pointer(thing)) {
2941             page_index_t page_index = find_page_index((void*)thing);
2942             sword_t to_readonly_space =
2943                 (READ_ONLY_SPACE_START <= thing &&
2944                  thing < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2945             sword_t to_static_space =
2946                 (STATIC_SPACE_START <= thing &&
2947                  thing < SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0));
2948
2949             /* Does it point to the dynamic space? */
2950             if (page_index != -1) {
2951                 /* If it's within the dynamic space it should point to a used
2952                  * page. XX Could check the offset too. */
2953                 if (page_allocated_p(page_index)
2954                     && (page_table[page_index].bytes_used == 0))
2955                     lose ("Ptr %p @ %p sees free page.\n", thing, start);
2956                 /* Check that it doesn't point to a forwarding pointer! */
2957                 if (*((lispobj *)native_pointer(thing)) == 0x01) {
2958                     lose("Ptr %p @ %p sees forwarding ptr.\n", thing, start);
2959                 }
2960                 /* Check that its not in the RO space as it would then be a
2961                  * pointer from the RO to the dynamic space. */
2962                 if (is_in_readonly_space) {
2963                     lose("ptr to dynamic space %p from RO space %x\n",
2964                          thing, start);
2965                 }
2966                 /* Does it point to a plausible object? This check slows
2967                  * it down a lot (so it's commented out).
2968                  *
2969                  * "a lot" is serious: it ate 50 minutes cpu time on
2970                  * my duron 950 before I came back from lunch and
2971                  * killed it.
2972                  *
2973                  *   FIXME: Add a variable to enable this
2974                  * dynamically. */
2975                 /*
2976                 if (!possibly_valid_dynamic_space_pointer((lispobj *)thing)) {
2977                     lose("ptr %p to invalid object %p\n", thing, start);
2978                 }
2979                 */
2980             } else {
2981                 extern void funcallable_instance_tramp;
2982                 /* Verify that it points to another valid space. */
2983                 if (!to_readonly_space && !to_static_space
2984                     && (thing != (lispobj)&funcallable_instance_tramp)
2985                     && !is_in_stack_space(thing)) {
2986                     lose("Ptr %p @ %p sees junk.\n", thing, start);
2987                 }
2988             }
2989         } else {
2990             if (!(fixnump(thing))) {
2991                 /* skip fixnums */
2992                 switch(widetag_of(*start)) {
2993
2994                     /* boxed objects */
2995                 case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
2996                 case RATIO_WIDETAG:
2997                 case COMPLEX_WIDETAG:
2998                 case SIMPLE_ARRAY_WIDETAG:
2999                 case COMPLEX_BASE_STRING_WIDETAG:
3000 #ifdef COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG
3001                 case COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
3002 #endif
3003                 case COMPLEX_VECTOR_NIL_WIDETAG:
3004                 case COMPLEX_BIT_VECTOR_WIDETAG:
3005                 case COMPLEX_VECTOR_WIDETAG:
3006                 case COMPLEX_ARRAY_WIDETAG:
3007                 case CLOSURE_HEADER_WIDETAG:
3008                 case FUNCALLABLE_INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
3009                 case VALUE_CELL_HEADER_WIDETAG:
3010                 case SYMBOL_HEADER_WIDETAG:
3011                 case CHARACTER_WIDETAG:
3012 #if N_WORD_BITS == 64
3013                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3014 #endif
3015                 case UNBOUND_MARKER_WIDETAG:
3016                 case FDEFN_WIDETAG:
3017                     count = 1;
3018                     break;
3019
3020                 case INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
3021                     {
3022                         lispobj nuntagged;
3023                         sword_t ntotal = HeaderValue(thing);
3024                         lispobj layout = ((struct instance *)start)->slots[0];
3025                         if (!layout) {
3026                             count = 1;
3027                             break;
3028                         }
3029                         nuntagged = ((struct layout *)
3030                                      native_pointer(layout))->n_untagged_slots;
3031                         verify_space(start + 1,
3032                                      ntotal - fixnum_value(nuntagged));
3033                         count = ntotal + 1;
3034                         break;
3035                     }
3036                 case CODE_HEADER_WIDETAG:
3037                     {
3038                         lispobj object = *start;
3039                         struct code *code;
3040                         sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
3041                         lispobj fheaderl;
3042                         struct simple_fun *fheaderp;
3043
3044                         code = (struct code *) start;
3045
3046                         /* Check that it's not in the dynamic space.
3047                          * FIXME: Isn't is supposed to be OK for code
3048                          * objects to be in the dynamic space these days? */
3049                         if (is_in_dynamic_space
3050                             /* It's ok if it's byte compiled code. The trace
3051                              * table offset will be a fixnum if it's x86
3052                              * compiled code - check.
3053                              *
3054                              * FIXME: #^#@@! lack of abstraction here..
3055                              * This line can probably go away now that
3056                              * there's no byte compiler, but I've got
3057                              * too much to worry about right now to try
3058                              * to make sure. -- WHN 2001-10-06 */
3059                             && fixnump(code->trace_table_offset)
3060                             /* Only when enabled */
3061                             && verify_dynamic_code_check) {
3062                             FSHOW((stderr,
3063                                    "/code object at %p in the dynamic space\n",
3064                                    start));
3065                         }
3066
3067                         ncode_words = fixnum_value(code->code_size);
3068                         nheader_words = HeaderValue(object);
3069                         nwords = ncode_words + nheader_words;
3070                         nwords = CEILING(nwords, 2);
3071                         /* Scavenge the boxed section of the code data block */
3072                         verify_space(start + 1, nheader_words - 1);
3073
3074                         /* Scavenge the boxed section of each function
3075                          * object in the code data block. */
3076                         fheaderl = code->entry_points;
3077                         while (fheaderl != NIL) {
3078                             fheaderp =
3079                                 (struct simple_fun *) native_pointer(fheaderl);
3080                             gc_assert(widetag_of(fheaderp->header) ==
3081                                       SIMPLE_FUN_HEADER_WIDETAG);
3082                             verify_space(&fheaderp->name, 1);
3083                             verify_space(&fheaderp->arglist, 1);
3084                             verify_space(&fheaderp->type, 1);
3085                             fheaderl = fheaderp->next;
3086                         }
3087                         count = nwords;
3088                         break;
3089                     }
3090
3091                     /* unboxed objects */
3092                 case BIGNUM_WIDETAG:
3093 #if N_WORD_BITS != 64
3094                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3095 #endif
3096                 case DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3097 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3098                 case LONG_FLOAT_WIDETAG:
3099 #endif
3100 #ifdef COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3101                 case COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3102 #endif
3103 #ifdef COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3104                 case COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3105 #endif
3106 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3107                 case COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3108 #endif
3109 #ifdef SIMD_PACK_WIDETAG
3110                 case SIMD_PACK_WIDETAG:
3111 #endif
3112                 case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
3113 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
3114                 case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
3115 #endif
3116                 case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
3117                 case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
3118                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
3119                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
3120                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
3121                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3122                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
3123                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3124
3125                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
3126
3127                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
3128                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3129 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
3130                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
3131 #endif
3132 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3133                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3134 #endif
3135 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
3136                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3137 #endif
3138 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
3139                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3140 #endif
3141
3142                 case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
3143
3144 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
3145                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3146 #endif
3147 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3148                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3149 #endif
3150                 case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3151                 case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3152 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3153                 case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3154 #endif
3155 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3156                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3157 #endif
3158 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3159                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3160 #endif
3161 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3162                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3163 #endif
3164                 case SAP_WIDETAG:
3165                 case WEAK_POINTER_WIDETAG:
3166 #ifdef NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG
3167                 case NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG:
3168 #endif
3169                     count = (sizetab[widetag_of(*start)])(start);
3170                     break;
3171
3172                 default:
3173                     lose("Unhandled widetag %p at %p\n",
3174                          widetag_of(*start), start);
3175                 }
3176             }
3177         }
3178         start += count;
3179         words -= count;
3180     }
3181 }
3182
3183 static void
3184 verify_gc(void)
3185 {
3186     /* FIXME: It would be nice to make names consistent so that
3187      * foo_size meant size *in* *bytes* instead of size in some
3188      * arbitrary units. (Yes, this caused a bug, how did you guess?:-)
3189      * Some counts of lispobjs are called foo_count; it might be good
3190      * to grep for all foo_size and rename the appropriate ones to
3191      * foo_count. */
3192     sword_t read_only_space_size =
3193         (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0)
3194         - (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3195     sword_t static_space_size =
3196         (lispobj*)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0)
3197         - (lispobj*)STATIC_SPACE_START;
3198     struct thread *th;
3199     for_each_thread(th) {
3200     sword_t binding_stack_size =
3201         (lispobj*)get_binding_stack_pointer(th)
3202             - (lispobj*)th->binding_stack_start;
3203         verify_space(th->binding_stack_start, binding_stack_size);
3204     }
3205     verify_space((lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3206     verify_space((lispobj*)STATIC_SPACE_START   , static_space_size);
3207 }
3208
3209 static void
3210 verify_generation(generation_index_t generation)
3211 {
3212     page_index_t i;
3213
3214     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3215         if (page_allocated_p(i)
3216             && (page_table[i].bytes_used != 0)
3217             && (page_table[i].gen == generation)) {
3218             page_index_t last_page;
3219
3220             /* This should be the start of a contiguous block */
3221             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
3222
3223             /* Need to find the full extent of this contiguous block in case
3224                objects span pages. */
3225
3226             /* Now work forward until the end of this contiguous area is
3227                found. */
3228             for (last_page = i; ;last_page++)
3229                 /* Check whether this is the last page in this contiguous
3230                  * block. */
3231                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
3232                     break;
3233
3234             verify_space(page_address(i),
3235                          ((uword_t)
3236                           (page_table[last_page].bytes_used
3237                            + npage_bytes(last_page-i)))
3238                          / N_WORD_BYTES);
3239             i = last_page;
3240         }
3241     }
3242 }
3243
3244 /* Check that all the free space is zero filled. */
3245 static void
3246 verify_zero_fill(void)
3247 {
3248     page_index_t page;
3249
3250     for (page = 0; page < last_free_page; page++) {
3251         if (page_free_p(page)) {
3252             /* The whole page should be zero filled. */
3253             sword_t *start_addr = (sword_t *)page_address(page);
3254             sword_t size = 1024;
3255             sword_t i;
3256             for (i = 0; i < size; i++) {
3257                 if (start_addr[i] != 0) {
3258                     lose("free page not zero at %x\n", start_addr + i);
3259                 }
3260             }
3261         } else {
3262             sword_t free_bytes = GENCGC_CARD_BYTES - page_table[page].bytes_used;
3263             if (free_bytes > 0) {
3264                 sword_t *start_addr = (sword_t *)((uword_t)page_address(page)
3265                                           + page_table[page].bytes_used);
3266                 sword_t size = free_bytes / N_WORD_BYTES;
3267                 sword_t i;
3268                 for (i = 0; i < size; i++) {
3269                     if (start_addr[i] != 0) {
3270                         lose("free region not zero at %x\n", start_addr + i);
3271                     }
3272                 }
3273             }
3274         }
3275     }
3276 }
3277
3278 /* External entry point for verify_zero_fill */
3279 void
3280 gencgc_verify_zero_fill(void)
3281 {
3282     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3283     gc_alloc_update_all_page_tables();
3284     SHOW("verifying zero fill");
3285     verify_zero_fill();
3286 }
3287
3288 static void
3289 verify_dynamic_space(void)
3290 {
3291     generation_index_t i;
3292
3293     for (i = 0; i <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION; i++)
3294         verify_generation(i);
3295
3296     if (gencgc_enable_verify_zero_fill)
3297         verify_zero_fill();
3298 }
3299 \f
3300 /* Write-protect all the dynamic boxed pages in the given generation. */
3301 static void
3302 write_protect_generation_pages(generation_index_t generation)
3303 {
3304     page_index_t start;
3305
3306     gc_assert(generation < SCRATCH_GENERATION);
3307
3308     for (start = 0; start < last_free_page; start++) {
3309         if (protect_page_p(start, generation)) {
3310             void *page_start;
3311             page_index_t last;
3312
3313             /* Note the page as protected in the page tables. */
3314             page_table[start].write_protected = 1;
3315
3316             for (last = start + 1; last < last_free_page; last++) {
3317                 if (!protect_page_p(last, generation))
3318                   break;
3319                 page_table[last].write_protected = 1;
3320             }
3321
3322             page_start = (void *)page_address(start);
3323
3324             os_protect(page_start,
3325                        npage_bytes(last - start),
3326                        OS_VM_PROT_READ | OS_VM_PROT_EXECUTE);
3327
3328             start = last;
3329         }
3330     }
3331
3332     if (gencgc_verbose > 1) {
3333         FSHOW((stderr,
3334                "/write protected %d of %d pages in generation %d\n",
3335                count_write_protect_generation_pages(generation),
3336                count_generation_pages(generation),
3337                generation));
3338     }
3339 }
3340
3341 #if defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD) && (defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64))
3342 static void
3343 preserve_context_registers (os_context_t *c)
3344 {
3345     void **ptr;
3346     /* On Darwin the signal context isn't a contiguous block of memory,
3347      * so just preserve_pointering its contents won't be sufficient.
3348      */
3349 #if defined(LISP_FEATURE_DARWIN)||defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3350 #if defined LISP_FEATURE_X86
3351     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EAX));
3352     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ECX));
3353     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDX));
3354     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EBX));
3355     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ESI));
3356     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDI));
3357     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3358 #elif defined LISP_FEATURE_X86_64
3359     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RAX));
3360     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RCX));
3361     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDX));
3362     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RBX));
3363     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RSI));
3364     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDI));
3365     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R8));
3366     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R9));
3367     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R10));
3368     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R11));
3369     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R12));
3370     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R13));
3371     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R14));
3372     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R15));
3373     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3374 #else
3375     #error "preserve_context_registers needs to be tweaked for non-x86 Darwin"
3376 #endif
3377 #endif
3378 #if !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3379     for(ptr = ((void **)(c+1))-1; ptr>=(void **)c; ptr--) {
3380         preserve_pointer(*ptr);
3381     }
3382 #endif
3383 }
3384 #endif
3385
3386 static void
3387 move_pinned_pages_to_newspace()
3388 {
3389     page_index_t i;
3390
3391     /* scavenge() will evacuate all oldspace pages, but no newspace
3392      * pages.  Pinned pages are precisely those pages which must not
3393      * be evacuated, so move them to newspace directly. */
3394
3395     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3396         if (page_table[i].dont_move &&
3397             /* dont_move is cleared lazily, so validate the space as well. */
3398             page_table[i].gen == from_space) {
3399             page_table[i].gen = new_space;
3400             /* And since we're moving the pages wholesale, also adjust
3401              * the generation allocation counters. */
3402             generations[new_space].bytes_allocated += page_table[i].bytes_used;
3403             generations[from_space].bytes_allocated -= page_table[i].bytes_used;
3404         }
3405     }
3406 }
3407
3408 /* Garbage collect a generation. If raise is 0 then the remains of the
3409  * generation are not raised to the next generation. */
3410 static void
3411 garbage_collect_generation(generation_index_t generation, int raise)
3412 {
3413     uword_t bytes_freed;
3414     page_index_t i;
3415     uword_t static_space_size;
3416     struct thread *th;
3417
3418     gc_assert(generation <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION);
3419
3420     /* The oldest generation can't be raised. */
3421     gc_assert((generation != HIGHEST_NORMAL_GENERATION) || (raise == 0));
3422
3423     /* Check if weak hash tables were processed in the previous GC. */
3424     gc_assert(weak_hash_tables == NULL);
3425
3426     /* Initialize the weak pointer list. */
3427     weak_pointers = NULL;
3428
3429     /* When a generation is not being raised it is transported to a
3430      * temporary generation (NUM_GENERATIONS), and lowered when
3431      * done. Set up this new generation. There should be no pages
3432      * allocated to it yet. */
3433     if (!raise) {
3434          gc_assert(generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated == 0);
3435     }
3436
3437     /* Set the global src and dest. generations */
3438     from_space = generation;
3439     if (raise)
3440         new_space = generation+1;
3441     else
3442         new_space = SCRATCH_GENERATION;
3443
3444     /* Change to a new space for allocation, resetting the alloc_start_page */
3445     gc_alloc_generation = new_space;
3446     generations[new_space].alloc_start_page = 0;
3447     generations[new_space].alloc_unboxed_start_page = 0;
3448     generations[new_space].alloc_large_start_page = 0;
3449     generations[new_space].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3450
3451     /* Before any pointers are preserved, the dont_move flags on the
3452      * pages need to be cleared. */
3453     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3454         if(page_table[i].gen==from_space)
3455             page_table[i].dont_move = 0;
3456
3457     /* Un-write-protect the old-space pages. This is essential for the
3458      * promoted pages as they may contain pointers into the old-space
3459      * which need to be scavenged. It also helps avoid unnecessary page
3460      * faults as forwarding pointers are written into them. They need to
3461      * be un-protected anyway before unmapping later. */
3462     unprotect_oldspace();
3463
3464     /* Scavenge the stacks' conservative roots. */
3465
3466     /* there are potentially two stacks for each thread: the main
3467      * stack, which may contain Lisp pointers, and the alternate stack.
3468      * We don't ever run Lisp code on the altstack, but it may
3469      * host a sigcontext with lisp objects in it */
3470
3471     /* what we need to do: (1) find the stack pointer for the main
3472      * stack; scavenge it (2) find the interrupt context on the
3473      * alternate stack that might contain lisp values, and scavenge
3474      * that */
3475
3476     /* we assume that none of the preceding applies to the thread that
3477      * initiates GC.  If you ever call GC from inside an altstack
3478      * handler, you will lose. */
3479
3480 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3481     /* And if we're saving a core, there's no point in being conservative. */
3482     if (conservative_stack) {
3483         for_each_thread(th) {
3484             void **ptr;
3485             void **esp=(void **)-1;
3486             if (th->state == STATE_DEAD)
3487                 continue;
3488 # if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
3489             /* Conservative collect_garbage is always invoked with a
3490              * foreign C call or an interrupt handler on top of every
3491              * existing thread, so the stored SP in each thread
3492              * structure is valid, no matter which thread we are looking
3493              * at.  For threads that were running Lisp code, the pitstop
3494              * and edge functions maintain this value within the
3495              * interrupt or exception handler. */
3496             esp = os_get_csp(th);
3497             assert_on_stack(th, esp);
3498
3499             /* In addition to pointers on the stack, also preserve the
3500              * return PC, the only value from the context that we need
3501              * in addition to the SP.  The return PC gets saved by the
3502              * foreign call wrapper, and removed from the control stack
3503              * into a register. */
3504             preserve_pointer(th->pc_around_foreign_call);
3505
3506             /* And on platforms with interrupts: scavenge ctx registers. */
3507
3508             /* Disabled on Windows, because it does not have an explicit
3509              * stack of `interrupt_contexts'.  The reported CSP has been
3510              * chosen so that the current context on the stack is
3511              * covered by the stack scan.  See also set_csp_from_context(). */
3512 #  ifndef LISP_FEATURE_WIN32
3513             if (th != arch_os_get_current_thread()) {
3514                 long k = fixnum_value(
3515                     SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3516                 while (k > 0)
3517                     preserve_context_registers(th->interrupt_contexts[--k]);
3518             }
3519 #  endif
3520 # elif defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD)
3521             sword_t i,free;
3522             if(th==arch_os_get_current_thread()) {
3523                 /* Somebody is going to burn in hell for this, but casting
3524                  * it in two steps shuts gcc up about strict aliasing. */
3525                 esp = (void **)((void *)&raise);
3526             } else {
3527                 void **esp1;
3528                 free=fixnum_value(SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3529                 for(i=free-1;i>=0;i--) {
3530                     os_context_t *c=th->interrupt_contexts[i];
3531                     esp1 = (void **) *os_context_register_addr(c,reg_SP);
3532                     if (esp1>=(void **)th->control_stack_start &&
3533                         esp1<(void **)th->control_stack_end) {
3534                         if(esp1<esp) esp=esp1;
3535                         preserve_context_registers(c);
3536                     }
3537                 }
3538             }
3539 # else
3540             esp = (void **)((void *)&raise);
3541 # endif
3542             if (!esp || esp == (void*) -1)
3543                 lose("garbage_collect: no SP known for thread %x (OS %x)",
3544                      th, th->os_thread);
3545             for (ptr = ((void **)th->control_stack_end)-1; ptr >= esp;  ptr--) {
3546                 preserve_pointer(*ptr);
3547             }
3548         }
3549     }
3550 #else
3551     /* Non-x86oid systems don't have "conservative roots" as such, but
3552      * the same mechanism is used for objects pinned for use by alien
3553      * code. */
3554     for_each_thread(th) {
3555         lispobj pin_list = SymbolTlValue(PINNED_OBJECTS,th);
3556         while (pin_list != NIL) {
3557             struct cons *list_entry =
3558                 (struct cons *)native_pointer(pin_list);
3559             preserve_pointer(list_entry->car);
3560             pin_list = list_entry->cdr;
3561         }
3562     }
3563 #endif
3564
3565 #if QSHOW
3566     if (gencgc_verbose > 1) {
3567         sword_t num_dont_move_pages = count_dont_move_pages();
3568         fprintf(stderr,
3569                 "/non-movable pages due to conservative pointers = %d (%d bytes)\n",
3570                 num_dont_move_pages,
3571                 npage_bytes(num_dont_move_pages));
3572     }
3573 #endif
3574
3575     /* Now that all of the pinned (dont_move) pages are known, and
3576      * before we start to scavenge (and thus relocate) objects,
3577      * relocate the pinned pages to newspace, so that the scavenger
3578      * will not attempt to relocate their contents. */
3579     move_pinned_pages_to_newspace();
3580
3581     /* Scavenge all the rest of the roots. */
3582
3583 #if !defined(LISP_FEATURE_X86) && !defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3584     /*
3585      * If not x86, we need to scavenge the interrupt context(s) and the
3586      * control stack.
3587      */
3588     {
3589         struct thread *th;
3590         for_each_thread(th) {
3591             scavenge_interrupt_contexts(th);
3592             scavenge_control_stack(th);
3593         }
3594
3595 # ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
3596         /* In this case, scrub all stacks right here from the GCing thread
3597          * instead of doing what the comment below says.  Suboptimal, but
3598          * easier. */
3599         for_each_thread(th)
3600             scrub_thread_control_stack(th);
3601 # else
3602         /* Scrub the unscavenged control stack space, so that we can't run
3603          * into any stale pointers in a later GC (this is done by the
3604          * stop-for-gc handler in the other threads). */
3605         scrub_control_stack();
3606 # endif
3607     }
3608 #endif
3609
3610     /* Scavenge the Lisp functions of the interrupt handlers, taking
3611      * care to avoid SIG_DFL and SIG_IGN. */
3612     for (i = 0; i < NSIG; i++) {
3613         union interrupt_handler handler = interrupt_handlers[i];
3614         if (!ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_IGN) &&
3615             !ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_DFL)) {
3616             scavenge((lispobj *)(interrupt_handlers + i), 1);
3617         }
3618     }
3619     /* Scavenge the binding stacks. */
3620     {
3621         struct thread *th;
3622         for_each_thread(th) {
3623             sword_t len= (lispobj *)get_binding_stack_pointer(th) -
3624                 th->binding_stack_start;
3625             scavenge((lispobj *) th->binding_stack_start,len);
3626 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
3627             /* do the tls as well */
3628             len=(SymbolValue(FREE_TLS_INDEX,0) >> WORD_SHIFT) -
3629                 (sizeof (struct thread))/(sizeof (lispobj));
3630             scavenge((lispobj *) (th+1),len);
3631 #endif
3632         }
3633     }
3634
3635     /* The original CMU CL code had scavenge-read-only-space code
3636      * controlled by the Lisp-level variable
3637      * *SCAVENGE-READ-ONLY-SPACE*. It was disabled by default, and it
3638      * wasn't documented under what circumstances it was useful or
3639      * safe to turn it on, so it's been turned off in SBCL. If you
3640      * want/need this functionality, and can test and document it,
3641      * please submit a patch. */
3642 #if 0
3643     if (SymbolValue(SCAVENGE_READ_ONLY_SPACE) != NIL) {
3644         uword_t read_only_space_size =
3645             (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER) -
3646             (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3647         FSHOW((stderr,
3648                "/scavenge read only space: %d bytes\n",
3649                read_only_space_size * sizeof(lispobj)));
3650         scavenge( (lispobj *) READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3651     }
3652 #endif
3653
3654     /* Scavenge static space. */
3655     static_space_size =
3656         (lispobj *)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0) -
3657         (lispobj *)STATIC_SPACE_START;
3658     if (gencgc_verbose > 1) {
3659         FSHOW((stderr,
3660                "/scavenge static space: %d bytes\n",
3661                static_space_size * sizeof(lispobj)));
3662     }
3663     scavenge( (lispobj *) STATIC_SPACE_START, static_space_size);
3664
3665     /* All generations but the generation being GCed need to be
3666      * scavenged. The new_space generation needs special handling as
3667      * objects may be moved in - it is handled separately below. */
3668     scavenge_generations(generation+1, PSEUDO_STATIC_GENERATION);
3669
3670     /* Finally scavenge the new_space generation. Keep going until no
3671      * more objects are moved into the new generation */
3672     scavenge_newspace_generation(new_space);
3673
3674     /* FIXME: I tried reenabling this check when debugging unrelated
3675      * GC weirdness ca. sbcl-0.6.12.45, and it failed immediately.
3676      * Since the current GC code seems to work well, I'm guessing that
3677      * this debugging code is just stale, but I haven't tried to
3678      * figure it out. It should be figured out and then either made to
3679      * work or just deleted. */
3680 #define RESCAN_CHECK 0
3681 #if RESCAN_CHECK
3682     /* As a check re-scavenge the newspace once; no new objects should
3683      * be found. */
3684     {
3685         os_vm_size_t old_bytes_allocated = bytes_allocated;
3686         os_vm_size_t bytes_allocated;
3687
3688         /* Start with a full scavenge. */
3689         scavenge_newspace_generation_one_scan(new_space);
3690
3691         /* Flush the current regions, updating the tables. */
3692         gc_alloc_update_all_page_tables();
3693
3694         bytes_allocated = bytes_allocated - old_bytes_allocated;
3695
3696         if (bytes_allocated != 0) {
3697             lose("Rescan of new_space allocated %d more bytes.\n",
3698                  bytes_allocated);
3699         }
3700     }
3701 #endif
3702
3703     scan_weak_hash_tables();
3704     scan_weak_pointers();
3705
3706     /* Flush the current regions, updating the tables. */
3707     gc_alloc_update_all_page_tables();
3708
3709     /* Free the pages in oldspace, but not those marked dont_move. */
3710     bytes_freed = free_oldspace();
3711
3712     /* If the GC is not raising the age then lower the generation back
3713      * to its normal generation number */
3714     if (!raise) {
3715         for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3716             if ((page_table[i].bytes_used != 0)
3717                 && (page_table[i].gen == SCRATCH_GENERATION))
3718                 page_table[i].gen = generation;
3719         gc_assert(generations[generation].bytes_allocated == 0);
3720         generations[generation].bytes_allocated =
3721             generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated;
3722         generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated = 0;
3723     }
3724
3725     /* Reset the alloc_start_page for generation. */
3726     generations[generation].alloc_start_page = 0;
3727     generations[generation].alloc_unboxed_start_page = 0;
3728     generations[generation].alloc_large_start_page = 0;
3729     generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3730
3731     if (generation >= verify_gens) {
3732         if (gencgc_verbose) {
3733             SHOW("verifying");
3734         }
3735         verify_gc();
3736         verify_dynamic_space();
3737     }
3738
3739     /* Set the new gc trigger for the GCed generation. */
3740     generations[generation].gc_trigger =
3741         generations[generation].bytes_allocated
3742         + generations[generation].bytes_consed_between_gc;
3743
3744     if (raise)
3745         generations[generation].num_gc = 0;
3746     else
3747         ++generations[generation].num_gc;
3748
3749 }
3750
3751 /* Update last_free_page, then SymbolValue(ALLOCATION_POINTER). */
3752 sword_t
3753 update_dynamic_space_free_pointer(void)
3754 {
3755     page_index_t last_page = -1, i;
3756
3757     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3758         if (page_allocated_p(i) && (page_table[i].bytes_used != 0))
3759             last_page = i;
3760
3761     last_free_page = last_page+1;
3762
3763     set_alloc_pointer((lispobj)(page_address(last_free_page)));
3764     return 0; /* dummy value: return something ... */
3765 }
3766
3767 static void
3768 remap_page_range (page_index_t from, page_index_t to)
3769 {
3770     /* There's a mysterious Solaris/x86 problem with using mmap
3771      * tricks for memory zeroing. See sbcl-devel thread
3772      * "Re: patch: standalone executable redux".
3773      */
3774 #if defined(LISP_FEATURE_SUNOS)
3775     zero_and_mark_pages(from, to);
3776 #else
3777     const page_index_t
3778             release_granularity = gencgc_release_granularity/GENCGC_CARD_BYTES,
3779                    release_mask = release_granularity-1,
3780                             end = to+1,
3781                    aligned_from = (from+release_mask)&~release_mask,
3782                     aligned_end = (end&~release_mask);
3783
3784     if (aligned_from < aligned_end) {
3785         zero_pages_with_mmap(aligned_from, aligned_end-1);
3786         if (aligned_from != from)
3787             zero_and_mark_pages(from, aligned_from-1);
3788         if (aligned_end != end)
3789             zero_and_mark_pages(aligned_end, end-1);
3790     } else {
3791         zero_and_mark_pages(from, to);
3792     }
3793 #endif
3794 }
3795
3796 static void
3797 remap_free_pages (page_index_t from, page_index_t to, int forcibly)
3798 {
3799     page_index_t first_page, last_page;
3800
3801     if (forcibly)
3802         return remap_page_range(from, to);
3803
3804     for (first_page = from; first_page <= to; first_page++) {
3805         if (page_allocated_p(first_page) ||
3806             (page_table[first_page].need_to_zero == 0))
3807             continue;
3808
3809         last_page = first_page + 1;
3810         while (page_free_p(last_page) &&
3811                (last_page <= to) &&
3812                (page_table[last_page].need_to_zero == 1))
3813             last_page++;
3814
3815         remap_page_range(first_page, last_page-1);
3816
3817         first_page = last_page;
3818     }
3819 }
3820
3821 generation_index_t small_generation_limit = 1;
3822
3823 /* GC all generations newer than last_gen, raising the objects in each
3824  * to the next older generation - we finish when all generations below
3825  * last_gen are empty.  Then if last_gen is due for a GC, or if
3826  * last_gen==NUM_GENERATIONS (the scratch generation?  eh?) we GC that
3827  * too.  The valid range for last_gen is: 0,1,...,NUM_GENERATIONS.
3828  *
3829  * We stop collecting at gencgc_oldest_gen_to_gc, even if this is less than
3830  * last_gen (oh, and note that by default it is NUM_GENERATIONS-1) */
3831 void
3832 collect_garbage(generation_index_t last_gen)
3833 {
3834     generation_index_t gen = 0, i;
3835     int raise, more = 0;
3836     int gen_to_wp;
3837     /* The largest value of last_free_page seen since the time
3838      * remap_free_pages was called. */
3839     static page_index_t high_water_mark = 0;
3840
3841     FSHOW((stderr, "/entering collect_garbage(%d)\n", last_gen));
3842     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC Start ===");
3843
3844     gc_active_p = 1;
3845
3846     if (last_gen > HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1) {
3847         FSHOW((stderr,
3848                "/collect_garbage: last_gen = %d, doing a level 0 GC\n",
3849                last_gen));
3850         last_gen = 0;
3851     }
3852
3853     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3854     gc_alloc_update_all_page_tables();
3855
3856     /* Verify the new objects created by Lisp code. */
3857     if (pre_verify_gen_0) {
3858         FSHOW((stderr, "pre-checking generation 0\n"));
3859         verify_generation(0);
3860     }
3861
3862     if (gencgc_verbose > 1)
3863         print_generation_stats();
3864
3865     do {
3866         /* Collect the generation. */
3867
3868         if (more || (gen >= gencgc_oldest_gen_to_gc)) {
3869             /* Never raise the oldest generation. Never raise the extra generation
3870              * collected due to more-flag. */
3871             raise = 0;
3872             more = 0;
3873         } else {
3874             raise =
3875                 (gen < last_gen)
3876                 || (generations[gen].num_gc >= generations[gen].number_of_gcs_before_promotion);
3877             /* If we would not normally raise this one, but we're
3878              * running low on space in comparison to the object-sizes
3879              * we've been seeing, raise it and collect the next one
3880              * too. */
3881             if (!raise && gen == last_gen) {
3882                 more = (2*large_allocation) >= (dynamic_space_size - bytes_allocated);
3883                 raise = more;
3884             }
3885         }
3886
3887         if (gencgc_verbose > 1) {
3888             FSHOW((stderr,
3889                    "starting GC of generation %d with raise=%d alloc=%d trig=%d GCs=%d\n",
3890                    gen,
3891                    raise,
3892                    generations[gen].bytes_allocated,
3893                    generations[gen].gc_trigger,
3894                    generations[gen].num_gc));
3895         }
3896
3897         /* If an older generation is being filled, then update its
3898          * memory age. */
3899         if (raise == 1) {
3900             generations[gen+1].cum_sum_bytes_allocated +=
3901                 generations[gen+1].bytes_allocated;
3902         }
3903
3904         garbage_collect_generation(gen, raise);
3905
3906         /* Reset the memory age cum_sum. */
3907         generations[gen].cum_sum_bytes_allocated = 0;
3908
3909         if (gencgc_verbose > 1) {
3910             FSHOW((stderr, "GC of generation %d finished:\n", gen));
3911             print_generation_stats();
3912         }
3913
3914         gen++;
3915     } while ((gen <= gencgc_oldest_gen_to_gc)
3916              && ((gen < last_gen)
3917                  || more
3918                  || (raise
3919                      && (generations[gen].bytes_allocated
3920                          > generations[gen].gc_trigger)
3921                      && (generation_average_age(gen)
3922                          > generations[gen].minimum_age_before_gc))));
3923
3924     /* Now if gen-1 was raised all generations before gen are empty.
3925      * If it wasn't raised then all generations before gen-1 are empty.
3926      *
3927      * Now objects within this gen's pages cannot point to younger
3928      * generations unless they are written to. This can be exploited
3929      * by write-protecting the pages of gen; then when younger
3930      * generations are GCed only the pages which have been written
3931      * need scanning. */
3932     if (raise)
3933         gen_to_wp = gen;
3934     else
3935         gen_to_wp = gen - 1;
3936
3937     /* There's not much point in WPing pages in generation 0 as it is
3938      * never scavenged (except promoted pages). */
3939     if ((gen_to_wp > 0) && enable_page_protection) {
3940         /* Check that they are all empty. */
3941         for (i = 0; i < gen_to_wp; i++) {
3942             if (generations[i].bytes_allocated)
3943                 lose("trying to write-protect gen. %d when gen. %d nonempty\n",
3944                      gen_to_wp, i);
3945         }
3946         write_protect_generation_pages(gen_to_wp);
3947     }
3948
3949     /* Set gc_alloc() back to generation 0. The current regions should
3950      * be flushed after the above GCs. */
3951     gc_assert((boxed_region.free_pointer - boxed_region.start_addr) == 0);
3952     gc_alloc_generation = 0;
3953
3954     /* Save the high-water mark before updating last_free_page */
3955     if (last_free_page > high_water_mark)
3956         high_water_mark = last_free_page;
3957
3958     update_dynamic_space_free_pointer();
3959
3960     /* Update auto_gc_trigger. Make sure we trigger the next GC before
3961      * running out of heap! */
3962     if (bytes_consed_between_gcs <= (dynamic_space_size - bytes_allocated))
3963         auto_gc_trigger = bytes_allocated + bytes_consed_between_gcs;
3964     else
3965         auto_gc_trigger = bytes_allocated + (dynamic_space_size - bytes_allocated)/2;
3966
3967     if(gencgc_verbose)
3968         fprintf(stderr,"Next gc when %"OS_VM_SIZE_FMT" bytes have been consed\n",
3969                 auto_gc_trigger);
3970
3971     /* If we did a big GC (arbitrarily defined as gen > 1), release memory
3972      * back to the OS.
3973      */
3974     if (gen > small_generation_limit) {
3975         if (last_free_page > high_water_mark)
3976             high_water_mark = last_free_page;
3977         remap_free_pages(0, high_water_mark, 0);
3978         high_water_mark = 0;
3979     }
3980
3981     gc_active_p = 0;
3982     large_allocation = 0;
3983
3984     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC End ===");
3985     SHOW("returning from collect_garbage");
3986 }
3987
3988 /* This is called by Lisp PURIFY when it is finished. All live objects
3989  * will have been moved to the RO and Static heaps. The dynamic space
3990  * will need a full re-initialization. We don't bother having Lisp
3991  * PURIFY flush the current gc_alloc() region, as the page_tables are
3992  * re-initialized, and every page is zeroed to be sure. */
3993 void
3994 gc_free_heap(void)
3995 {
3996     page_index_t page, last_page;
3997
3998     if (gencgc_verbose > 1) {
3999         SHOW("entering gc_free_heap");
4000     }
4001
4002     for (page = 0; page < page_table_pages; page++) {
4003         /* Skip free pages which should already be zero filled. */
4004         if (page_allocated_p(page)) {
4005             void *page_start;
4006             for (last_page = page;
4007                  (last_page < page_table_pages) && page_allocated_p(last_page);
4008                  last_page++) {
4009                 /* Mark the page free. The other slots are assumed invalid
4010                  * when it is a FREE_PAGE_FLAG and bytes_used is 0 and it
4011                  * should not be write-protected -- except that the
4012                  * generation is used for the current region but it sets
4013                  * that up. */
4014                 page_table[page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
4015                 page_table[page].bytes_used = 0;
4016                 page_table[page].write_protected = 0;
4017             }
4018
4019 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32 /* Pages already zeroed on win32? Not sure
4020                             * about this change. */
4021             page_start = (void *)page_address(page);
4022             os_protect(page_start, npage_bytes(last_page-page), OS_VM_PROT_ALL);
4023             remap_free_pages(page, last_page-1, 1);
4024             page = last_page-1;
4025 #endif
4026         } else if (gencgc_zero_check_during_free_heap) {
4027             /* Double-check that the page is zero filled. */
4028             sword_t *page_start;
4029             page_index_t i;
4030             gc_assert(page_free_p(page));
4031             gc_assert(page_table[page].bytes_used == 0);
4032             page_start = (sword_t *)page_address(page);
4033             for (i=0; i<GENCGC_CARD_BYTES/sizeof(sword_t); i++) {
4034                 if (page_start[i] != 0) {
4035                     lose("free region not zero at %x\n", page_start + i);
4036                 }
4037             }
4038         }
4039     }
4040
4041     bytes_allocated = 0;
4042
4043     /* Initialize the generations. */
4044     for (page = 0; page < NUM_GENERATIONS; page++) {
4045         generations[page].alloc_start_page = 0;
4046         generations[page].alloc_unboxed_start_page = 0;
4047         generations[page].alloc_large_start_page = 0;
4048         generations[page].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4049         generations[page].bytes_allocated = 0;
4050         generations[page].gc_trigger = 2000000;
4051         generations[page].num_gc = 0;
4052         generations[page].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4053     }
4054
4055     if (gencgc_verbose > 1)
4056         print_generation_stats();
4057
4058     /* Initialize gc_alloc(). */
4059     gc_alloc_generation = 0;
4060
4061     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4062     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4063
4064     last_free_page = 0;
4065     set_alloc_pointer((lispobj)((char *)heap_base));
4066
4067     if (verify_after_free_heap) {
4068         /* Check whether purify has left any bad pointers. */
4069         FSHOW((stderr, "checking after free_heap\n"));
4070         verify_gc();
4071     }
4072 }
4073 \f
4074 void
4075 gc_init(void)
4076 {
4077     page_index_t i;
4078
4079 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
4080     alloc_gc_page();
4081 #endif
4082
4083     /* Compute the number of pages needed for the dynamic space.
4084      * Dynamic space size should be aligned on page size. */
4085     page_table_pages = dynamic_space_size/GENCGC_CARD_BYTES;
4086     gc_assert(dynamic_space_size == npage_bytes(page_table_pages));
4087
4088     /* Default nursery size to 5% of the total dynamic space size,
4089      * min 1Mb. */
4090     bytes_consed_between_gcs = dynamic_space_size/(os_vm_size_t)20;
4091     if (bytes_consed_between_gcs < (1024*1024))
4092         bytes_consed_between_gcs = 1024*1024;
4093
4094     /* The page_table must be allocated using "calloc" to initialize
4095      * the page structures correctly. There used to be a separate
4096      * initialization loop (now commented out; see below) but that was
4097      * unnecessary and did hurt startup time. */
4098     page_table = calloc(page_table_pages, sizeof(struct page));
4099     gc_assert(page_table);
4100
4101     gc_init_tables();
4102     scavtab[WEAK_POINTER_WIDETAG] = scav_weak_pointer;
4103     transother[SIMPLE_ARRAY_WIDETAG] = trans_boxed_large;
4104
4105     heap_base = (void*)DYNAMIC_SPACE_START;
4106
4107     /* The page structures are initialized implicitly when page_table
4108      * is allocated with "calloc" above. Formerly we had the following
4109      * explicit initialization here (comments converted to C99 style
4110      * for readability as C's block comments don't nest):
4111      *
4112      * // Initialize each page structure.
4113      * for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
4114      *     // Initialize all pages as free.
4115      *     page_table[i].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
4116      *     page_table[i].bytes_used = 0;
4117      *
4118      *     // Pages are not write-protected at startup.
4119      *     page_table[i].write_protected = 0;
4120      * }
4121      *
4122      * Without this loop the image starts up much faster when dynamic
4123      * space is large -- which it is on 64-bit platforms already by
4124      * default -- and when "calloc" for large arrays is implemented
4125      * using copy-on-write of a page of zeroes -- which it is at least
4126      * on Linux. In this case the pages that page_table_pages is stored
4127      * in are mapped and cleared not before the corresponding part of
4128      * dynamic space is used. For example, this saves clearing 16 MB of
4129      * memory at startup if the page size is 4 KB and the size of
4130      * dynamic space is 4 GB.
4131      * FREE_PAGE_FLAG must be 0 for this to work correctly which is
4132      * asserted below: */
4133     {
4134       /* Compile time assertion: If triggered, declares an array
4135        * of dimension -1 forcing a syntax error. The intent of the
4136        * assignment is to avoid an "unused variable" warning. */
4137       char assert_free_page_flag_0[(FREE_PAGE_FLAG) ? -1 : 1];
4138       assert_free_page_flag_0[0] = assert_free_page_flag_0[0];
4139     }
4140
4141     bytes_allocated = 0;
4142
4143     /* Initialize the generations.
4144      *
4145      * FIXME: very similar to code in gc_free_heap(), should be shared */
4146     for (i = 0; i < NUM_GENERATIONS; i++) {
4147         generations[i].alloc_start_page = 0;
4148         generations[i].alloc_unboxed_start_page = 0;
4149         generations[i].alloc_large_start_page = 0;
4150         generations[i].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4151         generations[i].bytes_allocated = 0;
4152         generations[i].gc_trigger = 2000000;
4153         generations[i].num_gc = 0;
4154         generations[i].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4155         /* the tune-able parameters */
4156         generations[i].bytes_consed_between_gc
4157             = bytes_consed_between_gcs/(os_vm_size_t)HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4158         generations[i].number_of_gcs_before_promotion = 1;
4159         generations[i].minimum_age_before_gc = 0.75;
4160     }
4161
4162     /* Initialize gc_alloc. */
4163     gc_alloc_generation = 0;
4164     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4165     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4166
4167     last_free_page = 0;
4168 }
4169
4170 /*  Pick up the dynamic space from after a core load.
4171  *
4172  *  The ALLOCATION_POINTER points to the end of the dynamic space.
4173  */
4174
4175 static void
4176 gencgc_pickup_dynamic(void)
4177 {
4178     page_index_t page = 0;
4179     void *alloc_ptr = (void *)get_alloc_pointer();
4180     lispobj *prev=(lispobj *)page_address(page);
4181     generation_index_t gen = PSEUDO_STATIC_GENERATION;
4182
4183     bytes_allocated = 0;
4184
4185     do {
4186         lispobj *first,*ptr= (lispobj *)page_address(page);
4187
4188         if (!gencgc_partial_pickup || page_allocated_p(page)) {
4189           /* It is possible, though rare, for the saved page table
4190            * to contain free pages below alloc_ptr. */
4191           page_table[page].gen = gen;
4192           page_table[page].bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
4193           page_table[page].large_object = 0;
4194           page_table[page].write_protected = 0;
4195           page_table[page].write_protected_cleared = 0;
4196           page_table[page].dont_move = 0;
4197           page_table[page].need_to_zero = 1;
4198
4199           bytes_allocated += GENCGC_CARD_BYTES;
4200         }
4201
4202         if (!gencgc_partial_pickup) {
4203             page_table[page].allocated = BOXED_PAGE_FLAG;
4204             first=gc_search_space(prev,(ptr+2)-prev,ptr);
4205             if(ptr == first)
4206                 prev=ptr;
4207             page_table[page].scan_start_offset =
4208                 page_address(page) - (void *)prev;
4209         }
4210         page++;
4211     } while (page_address(page) < alloc_ptr);
4212
4213     last_free_page = page;
4214
4215     generations[gen].bytes_allocated = bytes_allocated;
4216
4217     gc_alloc_update_all_page_tables();
4218     write_protect_generation_pages(gen);
4219 }
4220
4221 void
4222 gc_initialize_pointers(void)
4223 {
4224     gencgc_pickup_dynamic();
4225 }
4226 \f
4227
4228 /* alloc(..) is the external interface for memory allocation. It
4229  * allocates to generation 0. It is not called from within the garbage
4230  * collector as it is only external uses that need the check for heap
4231  * size (GC trigger) and to disable the interrupts (interrupts are
4232  * always disabled during a GC).
4233  *
4234  * The vops that call alloc(..) assume that the returned space is zero-filled.
4235  * (E.g. the most significant word of a 2-word bignum in MOVE-FROM-UNSIGNED.)
4236  *
4237  * The check for a GC trigger is only performed when the current
4238  * region is full, so in most cases it's not needed. */
4239
4240 static inline lispobj *
4241 general_alloc_internal(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *region,
4242                        struct thread *thread)
4243 {
4244 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4245     lispobj alloc_signal;
4246 #endif
4247     void *new_obj;
4248     void *new_free_pointer;
4249     os_vm_size_t trigger_bytes = 0;
4250
4251     gc_assert(nbytes>0);
4252
4253     /* Check for alignment allocation problems. */
4254     gc_assert((((uword_t)region->free_pointer & LOWTAG_MASK) == 0)
4255               && ((nbytes & LOWTAG_MASK) == 0));
4256
4257 #if !(defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD))
4258     /* Must be inside a PA section. */
4259     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(thread));
4260 #endif
4261
4262     if (nbytes > large_allocation)
4263         large_allocation = nbytes;
4264
4265     /* maybe we can do this quickly ... */
4266     new_free_pointer = region->free_pointer + nbytes;
4267     if (new_free_pointer <= region->end_addr) {
4268         new_obj = (void*)(region->free_pointer);
4269         region->free_pointer = new_free_pointer;
4270         return(new_obj);        /* yup */
4271     }
4272
4273     /* We don't want to count nbytes against auto_gc_trigger unless we
4274      * have to: it speeds up the tenuring of objects and slows down
4275      * allocation. However, unless we do so when allocating _very_
4276      * large objects we are in danger of exhausting the heap without
4277      * running sufficient GCs.
4278      */
4279     if (nbytes >= bytes_consed_between_gcs)
4280         trigger_bytes = nbytes;
4281
4282     /* we have to go the long way around, it seems. Check whether we
4283      * should GC in the near future
4284      */
4285     if (auto_gc_trigger && (bytes_allocated+trigger_bytes > auto_gc_trigger)) {
4286         /* Don't flood the system with interrupts if the need to gc is
4287          * already noted. This can happen for example when SUB-GC
4288          * allocates or after a gc triggered in a WITHOUT-GCING. */
4289         if (SymbolValue(GC_PENDING,thread) == NIL) {
4290             /* set things up so that GC happens when we finish the PA
4291              * section */
4292             SetSymbolValue(GC_PENDING,T,thread);
4293             if (SymbolValue(GC_INHIBIT,thread) == NIL) {
4294 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
4295                 thread_register_gc_trigger();
4296 #else
4297                 set_pseudo_atomic_interrupted(thread);
4298 #ifdef GENCGC_IS_PRECISE
4299                 /* PPC calls alloc() from a trap or from pa_alloc(),
4300                  * look up the most context if it's from a trap. */
4301                 {
4302                     os_context_t *context =
4303                         thread->interrupt_data->allocation_trap_context;
4304                     maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables
4305                         (context ? os_context_sigmask_addr(context) : NULL);
4306                 }
4307 #else
4308                 maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables(NULL);
4309 #endif
4310 #endif
4311             }
4312         }
4313     }
4314     new_obj = gc_alloc_with_region(nbytes, page_type_flag, region, 0);
4315
4316 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4317     /* for sb-prof, and not supported on Windows yet */
4318     alloc_signal = SymbolValue(ALLOC_SIGNAL,thread);
4319     if ((alloc_signal & FIXNUM_TAG_MASK) == 0) {
4320         if ((sword_t) alloc_signal <= 0) {
4321             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL, T, thread);
4322             raise(SIGPROF);
4323         } else {
4324             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL,
4325                            alloc_signal - (1 << N_FIXNUM_TAG_BITS),
4326                            thread);
4327         }
4328     }
4329 #endif
4330
4331     return (new_obj);
4332 }
4333
4334 lispobj *
4335 general_alloc(sword_t nbytes, int page_type_flag)
4336 {
4337     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
4338     /* Select correct region, and call general_alloc_internal with it.
4339      * For other then boxed allocation we must lock first, since the
4340      * region is shared. */
4341     if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
4342 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
4343         struct alloc_region *region = (thread ? &(thread->alloc_region) : &boxed_region);
4344 #else
4345         struct alloc_region *region = &boxed_region;
4346 #endif
4347         return general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, region, thread);
4348     } else if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
4349         lispobj * obj;
4350         gc_assert(0 == thread_mutex_lock(&allocation_lock));
4351         obj = general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, &unboxed_region, thread);
4352         gc_assert(0 == thread_mutex_unlock(&allocation_lock));
4353         return obj;
4354     } else {
4355         lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
4356     }
4357 }
4358
4359 lispobj AMD64_SYSV_ABI *
4360 alloc(long nbytes)
4361 {
4362 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4363     struct thread *self = arch_os_get_current_thread();
4364     int was_pseudo_atomic = get_pseudo_atomic_atomic(self);
4365     if (!was_pseudo_atomic)
4366         set_pseudo_atomic_atomic(self);
4367 #else
4368     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(arch_os_get_current_thread()));
4369 #endif
4370
4371     lispobj *result = general_alloc(nbytes, BOXED_PAGE_FLAG);
4372
4373 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4374     if (!was_pseudo_atomic)
4375         clear_pseudo_atomic_atomic(self);
4376 #endif
4377
4378     return result;
4379 }
4380 \f
4381 /*
4382  * shared support for the OS-dependent signal handlers which
4383  * catch GENCGC-related write-protect violations
4384  */
4385 void unhandled_sigmemoryfault(void* addr);
4386
4387 /* Depending on which OS we're running under, different signals might
4388  * be raised for a violation of write protection in the heap. This
4389  * function factors out the common generational GC magic which needs
4390  * to invoked in this case, and should be called from whatever signal
4391  * handler is appropriate for the OS we're running under.
4392  *
4393  * Return true if this signal is a normal generational GC thing that
4394  * we were able to handle, or false if it was abnormal and control
4395  * should fall through to the general SIGSEGV/SIGBUS/whatever logic.
4396  *
4397  * We have two control flags for this: one causes us to ignore faults
4398  * on unprotected pages completely, and the second complains to stderr
4399  * but allows us to continue without losing.
4400  */
4401 extern boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages;
4402 boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages = 0;
4403
4404 extern boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages;
4405 boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages = 0;
4406
4407 int
4408 gencgc_handle_wp_violation(void* fault_addr)
4409 {
4410     page_index_t page_index = find_page_index(fault_addr);
4411
4412 #if QSHOW_SIGNALS
4413     FSHOW((stderr, "heap WP violation? fault_addr=%x, page_index=%d\n",
4414            fault_addr, page_index));
4415 #endif
4416
4417     /* Check whether the fault is within the dynamic space. */
4418     if (page_index == (-1)) {
4419
4420         /* It can be helpful to be able to put a breakpoint on this
4421          * case to help diagnose low-level problems. */
4422         unhandled_sigmemoryfault(fault_addr);
4423
4424         /* not within the dynamic space -- not our responsibility */
4425         return 0;
4426
4427     } else {
4428         int ret;
4429         ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
4430         gc_assert(ret == 0);
4431         if (page_table[page_index].write_protected) {
4432             /* Unprotect the page. */
4433             os_protect(page_address(page_index), GENCGC_CARD_BYTES, OS_VM_PROT_ALL);
4434             page_table[page_index].write_protected_cleared = 1;
4435             page_table[page_index].write_protected = 0;
4436         } else if (!ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages) {
4437             /* The only acceptable reason for this signal on a heap
4438              * access is that GENCGC write-protected the page.
4439              * However, if two CPUs hit a wp page near-simultaneously,
4440              * we had better not have the second one lose here if it
4441              * does this test after the first one has already set wp=0
4442              */
4443             if(page_table[page_index].write_protected_cleared != 1) {
4444                 void lisp_backtrace(int frames);
4445                 lisp_backtrace(10);
4446                 fprintf(stderr,
4447                         "Fault @ %p, page %"PAGE_INDEX_FMT" not marked as write-protected:\n"
4448                         "  boxed_region.first_page: %"PAGE_INDEX_FMT","
4449                         "  boxed_region.last_page %"PAGE_INDEX_FMT"\n"
4450                         "  page.scan_start_offset: %"OS_VM_SIZE_FMT"\n"
4451                         "  page.bytes_used: %"PAGE_BYTES_FMT"\n"
4452                         "  page.allocated: %d\n"
4453                         "  page.write_protected: %d\n"
4454                         "  page.write_protected_cleared: %d\n"
4455                         "  page.generation: %d\n",
4456                         fault_addr,
4457                         page_index,
4458                         boxed_region.first_page,
4459                         boxed_region.last_page,
4460                         page_table[page_index].scan_start_offset,
4461                         page_table[page_index].bytes_used,
4462                         page_table[page_index].allocated,
4463                         page_table[page_index].write_protected,
4464                         page_table[page_index].write_protected_cleared,
4465                         page_table[page_index].gen);
4466                 if (!continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages)
4467                     lose("Feh.\n");
4468             }
4469         }
4470         ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
4471         gc_assert(ret == 0);
4472         /* Don't worry, we can handle it. */
4473         return 1;
4474     }
4475 }
4476 /* This is to be called when we catch a SIGSEGV/SIGBUS, determine that
4477  * it's not just a case of the program hitting the write barrier, and
4478  * are about to let Lisp deal with it. It's basically just a
4479  * convenient place to set a gdb breakpoint. */
4480 void
4481 unhandled_sigmemoryfault(void *addr)
4482 {}
4483
4484 void gc_alloc_update_all_page_tables(void)
4485 {
4486     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
4487     struct thread *th;
4488     for_each_thread(th) {
4489         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->alloc_region);
4490 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY) && !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
4491         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->sprof_alloc_region);
4492 #endif
4493     }
4494     gc_alloc_update_page_tables(UNBOXED_PAGE_FLAG, &unboxed_region);
4495     gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &boxed_region);
4496 }
4497
4498 void
4499 gc_set_region_empty(struct alloc_region *region)
4500 {
4501     region->first_page = 0;
4502     region->last_page = -1;
4503     region->start_addr = page_address(0);
4504     region->free_pointer = page_address(0);
4505     region->end_addr = page_address(0);
4506 }
4507
4508 static void
4509 zero_all_free_pages()
4510 {
4511     page_index_t i;
4512
4513     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4514         if (page_free_p(i)) {
4515 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
4516             os_protect(page_address(i),
4517                        GENCGC_CARD_BYTES,
4518                        OS_VM_PROT_ALL);
4519 #endif
4520             zero_pages(i, i);
4521         }
4522     }
4523 }
4524
4525 /* Things to do before doing a final GC before saving a core (without
4526  * purify).
4527  *
4528  * + Pages in large_object pages aren't moved by the GC, so we need to
4529  *   unset that flag from all pages.
4530  * + The pseudo-static generation isn't normally collected, but it seems
4531  *   reasonable to collect it at least when saving a core. So move the
4532  *   pages to a normal generation.
4533  */
4534 static void
4535 prepare_for_final_gc ()
4536 {
4537     page_index_t i;
4538     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4539         page_table[i].large_object = 0;
4540         if (page_table[i].gen == PSEUDO_STATIC_GENERATION) {
4541             int used = page_table[i].bytes_used;
4542             page_table[i].gen = HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4543             generations[PSEUDO_STATIC_GENERATION].bytes_allocated -= used;
4544             generations[HIGHEST_NORMAL_GENERATION].bytes_allocated += used;
4545         }
4546     }
4547 }
4548
4549
4550 /* Do a non-conservative GC, and then save a core with the initial
4551  * function being set to the value of the static symbol
4552  * SB!VM:RESTART-LISP-FUNCTION */
4553 void
4554 gc_and_save(char *filename, boolean prepend_runtime,
4555             boolean save_runtime_options, boolean compressed,
4556             int compression_level, int application_type)
4557 {
4558     FILE *file;
4559     void *runtime_bytes = NULL;
4560     size_t runtime_size;
4561
4562     file = prepare_to_save(filename, prepend_runtime, &runtime_bytes,
4563                            &runtime_size);
4564     if (file == NULL)
4565        return;
4566
4567     conservative_stack = 0;
4568
4569     /* The filename might come from Lisp, and be moved by the now
4570      * non-conservative GC. */
4571     filename = strdup(filename);
4572
4573     /* Collect twice: once into relatively high memory, and then back
4574      * into low memory. This compacts the retained data into the lower
4575      * pages, minimizing the size of the core file.
4576      */
4577     prepare_for_final_gc();
4578     gencgc_alloc_start_page = last_free_page;
4579     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4580
4581     prepare_for_final_gc();
4582     gencgc_alloc_start_page = -1;
4583     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4584
4585     if (prepend_runtime)
4586         save_runtime_to_filehandle(file, runtime_bytes, runtime_size,
4587                                    application_type);
4588
4589     /* The dumper doesn't know that pages need to be zeroed before use. */
4590     zero_all_free_pages();
4591     save_to_filehandle(file, filename, SymbolValue(RESTART_LISP_FUNCTION,0),
4592                        prepend_runtime, save_runtime_options,
4593                        compressed ? compression_level : COMPRESSION_LEVEL_NONE);
4594     /* Oops. Save still managed to fail. Since we've mangled the stack
4595      * beyond hope, there's not much we can do.
4596      * (beyond FUNCALLing RESTART_LISP_FUNCTION, but I suspect that's
4597      * going to be rather unsatisfactory too... */
4598     lose("Attempt to save core after non-conservative GC failed.\n");
4599 }