gencgc: Reduce conservatism for pointers to unboxed pages.
[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 /* Adjust large bignum and vector objects. This will adjust the
2078  * allocated region if the size has shrunk, and move unboxed objects
2079  * into unboxed pages. The pages are not promoted here, and the
2080  * promoted region is not added to the new_regions; this is really
2081  * only designed to be called from preserve_pointer(). Shouldn't fail
2082  * if this is missed, just may delay the moving of objects to unboxed
2083  * pages, and the freeing of pages. */
2084 static void
2085 maybe_adjust_large_object(lispobj *where)
2086 {
2087     page_index_t first_page;
2088     page_index_t next_page;
2089     sword_t nwords;
2090
2091     uword_t remaining_bytes;
2092     uword_t bytes_freed;
2093     uword_t old_bytes_used;
2094
2095     int boxed;
2096
2097     /* Check whether it's a vector or bignum object. */
2098     switch (widetag_of(where[0])) {
2099     case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
2100         boxed = BOXED_PAGE_FLAG;
2101         break;
2102     case BIGNUM_WIDETAG:
2103     case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
2104 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
2105     case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
2106 #endif
2107     case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
2108     case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
2109     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
2110     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
2111     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
2112     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2113     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
2114     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2115
2116     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
2117
2118     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
2119     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2120 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
2121     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
2122 #endif
2123 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2124     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2125 #endif
2126 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
2127     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2128 #endif
2129 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
2130     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2131 #endif
2132
2133     case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
2134
2135 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
2136     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2137 #endif
2138 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2139     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2140 #endif
2141     case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2142     case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2143 #ifdef SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG
2144     case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2145 #endif
2146 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
2147     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2148 #endif
2149 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
2150     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2151 #endif
2152 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
2153     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2154 #endif
2155         boxed = UNBOXED_PAGE_FLAG;
2156         break;
2157     default:
2158         return;
2159     }
2160
2161     /* Find its current size. */
2162     nwords = (sizetab[widetag_of(where[0])])(where);
2163
2164     first_page = find_page_index((void *)where);
2165     gc_assert(first_page >= 0);
2166
2167     /* Note: Any page write-protection must be removed, else a later
2168      * scavenge_newspace may incorrectly not scavenge these pages.
2169      * This would not be necessary if they are added to the new areas,
2170      * but lets do it for them all (they'll probably be written
2171      * anyway?). */
2172
2173     gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
2174
2175     next_page = first_page;
2176     remaining_bytes = nwords*N_WORD_BYTES;
2177     while (remaining_bytes > GENCGC_CARD_BYTES) {
2178         gc_assert(page_table[next_page].gen == from_space);
2179         gc_assert(page_allocated_no_region_p(next_page));
2180         gc_assert(page_table[next_page].large_object);
2181         gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
2182                   npage_bytes(next_page-first_page));
2183         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2184
2185         page_table[next_page].allocated = boxed;
2186
2187         /* Shouldn't be write-protected at this stage. Essential that the
2188          * pages aren't. */
2189         gc_assert(!page_table[next_page].write_protected);
2190         remaining_bytes -= GENCGC_CARD_BYTES;
2191         next_page++;
2192     }
2193
2194     /* Now only one page remains, but the object may have shrunk so
2195      * there may be more unused pages which will be freed. */
2196
2197     /* Object may have shrunk but shouldn't have grown - check. */
2198     gc_assert(page_table[next_page].bytes_used >= remaining_bytes);
2199
2200     page_table[next_page].allocated = boxed;
2201     gc_assert(page_table[next_page].allocated ==
2202               page_table[first_page].allocated);
2203
2204     /* Adjust the bytes_used. */
2205     old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2206     page_table[next_page].bytes_used = remaining_bytes;
2207
2208     bytes_freed = old_bytes_used - remaining_bytes;
2209
2210     /* Free any remaining pages; needs care. */
2211     next_page++;
2212     while ((old_bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES) &&
2213            (page_table[next_page].gen == from_space) &&
2214            page_allocated_no_region_p(next_page) &&
2215            page_table[next_page].large_object &&
2216            (page_table[next_page].scan_start_offset ==
2217             npage_bytes(next_page - first_page))) {
2218         /* It checks out OK, free the page. We don't need to both zeroing
2219          * pages as this should have been done before shrinking the
2220          * object. These pages shouldn't be write protected as they
2221          * should be zero filled. */
2222         gc_assert(page_table[next_page].write_protected == 0);
2223
2224         old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2225         page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2226         page_table[next_page].bytes_used = 0;
2227         bytes_freed += old_bytes_used;
2228         next_page++;
2229     }
2230
2231     if ((bytes_freed > 0) && gencgc_verbose) {
2232         FSHOW((stderr,
2233                "/maybe_adjust_large_object() freed %d\n",
2234                bytes_freed));
2235     }
2236
2237     generations[from_space].bytes_allocated -= bytes_freed;
2238     bytes_allocated -= bytes_freed;
2239
2240     return;
2241 }
2242
2243 /* Take a possible pointer to a Lisp object and mark its page in the
2244  * page_table so that it will not be relocated during a GC.
2245  *
2246  * This involves locating the page it points to, then backing up to
2247  * the start of its region, then marking all pages dont_move from there
2248  * up to the first page that's not full or has a different generation
2249  *
2250  * It is assumed that all the page static flags have been cleared at
2251  * the start of a GC.
2252  *
2253  * It is also assumed that the current gc_alloc() region has been
2254  * flushed and the tables updated. */
2255
2256 static void
2257 preserve_pointer(void *addr)
2258 {
2259     page_index_t addr_page_index = find_page_index(addr);
2260     page_index_t first_page;
2261     page_index_t i;
2262     unsigned int region_allocation;
2263
2264     /* quick check 1: Address is quite likely to have been invalid. */
2265     if ((addr_page_index == -1)
2266         || page_free_p(addr_page_index)
2267         || (page_table[addr_page_index].bytes_used == 0)
2268         || (page_table[addr_page_index].gen != from_space)
2269         /* Skip if already marked dont_move. */
2270         || (page_table[addr_page_index].dont_move != 0))
2271         return;
2272     gc_assert(!(page_table[addr_page_index].allocated&OPEN_REGION_PAGE_FLAG));
2273     /* (Now that we know that addr_page_index is in range, it's
2274      * safe to index into page_table[] with it.) */
2275     region_allocation = page_table[addr_page_index].allocated;
2276
2277     /* quick check 2: Check the offset within the page.
2278      *
2279      */
2280     if (((uword_t)addr & (GENCGC_CARD_BYTES - 1)) >
2281         page_table[addr_page_index].bytes_used)
2282         return;
2283
2284     /* Filter out anything which can't be a pointer to a Lisp object
2285      * (or, as a special case which also requires dont_move, a return
2286      * address referring to something in a CodeObject). This is
2287      * expensive but important, since it vastly reduces the
2288      * probability that random garbage will be bogusly interpreted as
2289      * a pointer which prevents a page from moving.
2290      *
2291      * This only needs to happen on x86oids, where this is used for
2292      * conservative roots.  Non-x86oid systems only ever call this
2293      * function on known-valid lisp objects. */
2294 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2295     if (!(code_page_p(addr_page_index)
2296           || (is_lisp_pointer((lispobj)addr) &&
2297               possibly_valid_dynamic_space_pointer(addr))))
2298         return;
2299 #endif
2300
2301     /* Find the beginning of the region.  Note that there may be
2302      * objects in the region preceding the one that we were passed a
2303      * pointer to: if this is the case, we will write-protect all the
2304      * previous objects' pages too.     */
2305
2306 #if 0
2307     /* I think this'd work just as well, but without the assertions.
2308      * -dan 2004.01.01 */
2309     first_page = find_page_index(page_scan_start(addr_page_index))
2310 #else
2311     first_page = addr_page_index;
2312     while (!page_starts_contiguous_block_p(first_page)) {
2313         --first_page;
2314         /* Do some checks. */
2315         gc_assert(page_table[first_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2316         gc_assert(page_table[first_page].gen == from_space);
2317         gc_assert(page_table[first_page].allocated == region_allocation);
2318     }
2319 #endif
2320
2321     /* Adjust any large objects before promotion as they won't be
2322      * copied after promotion. */
2323     if (page_table[first_page].large_object) {
2324         /* Large objects (specifically vectors and bignums) can
2325          * shrink, leaving a "tail" of zeroed space, which appears to
2326          * the filter above as a seris of valid conses, both car and
2327          * cdr of which contain the fixnum zero, but will be
2328          * deallocated when the GC shrinks the large object region to
2329          * fit the object within.  We allow raw pointers within code
2330          * space, but for boxed and unboxed space we do not, nor do
2331          * pointers to within a non-code object appear valid above.  A
2332          * cons cell will never merit allocation to a large object
2333          * page, so pick them off now, before we try to adjust the
2334          * object. */
2335         if ((lowtag_of((lispobj)addr) == LIST_POINTER_LOWTAG) &&
2336             !code_page_p(first_page)) {
2337             return;
2338         }
2339         maybe_adjust_large_object(page_address(first_page));
2340         /* It may have moved to unboxed pages. */
2341         region_allocation = page_table[first_page].allocated;
2342     }
2343
2344     /* Now work forward until the end of this contiguous area is found,
2345      * marking all pages as dont_move. */
2346     for (i = first_page; ;i++) {
2347         gc_assert(page_table[i].allocated == region_allocation);
2348
2349         /* Mark the page static. */
2350         page_table[i].dont_move = 1;
2351
2352         /* It is essential that the pages are not write protected as
2353          * they may have pointers into the old-space which need
2354          * scavenging. They shouldn't be write protected at this
2355          * stage. */
2356         gc_assert(!page_table[i].write_protected);
2357
2358         /* Check whether this is the last page in this contiguous block.. */
2359         if (page_ends_contiguous_block_p(i, from_space))
2360             break;
2361     }
2362
2363     /* Check that the page is now static. */
2364     gc_assert(page_table[addr_page_index].dont_move != 0);
2365 }
2366 \f
2367 /* If the given page is not write-protected, then scan it for pointers
2368  * to younger generations or the top temp. generation, if no
2369  * suspicious pointers are found then the page is write-protected.
2370  *
2371  * Care is taken to check for pointers to the current gc_alloc()
2372  * region if it is a younger generation or the temp. generation. This
2373  * frees the caller from doing a gc_alloc_update_page_tables(). Actually
2374  * the gc_alloc_generation does not need to be checked as this is only
2375  * called from scavenge_generation() when the gc_alloc generation is
2376  * younger, so it just checks if there is a pointer to the current
2377  * region.
2378  *
2379  * We return 1 if the page was write-protected, else 0. */
2380 static int
2381 update_page_write_prot(page_index_t page)
2382 {
2383     generation_index_t gen = page_table[page].gen;
2384     sword_t j;
2385     int wp_it = 1;
2386     void **page_addr = (void **)page_address(page);
2387     sword_t num_words = page_table[page].bytes_used / N_WORD_BYTES;
2388
2389     /* Shouldn't be a free page. */
2390     gc_assert(page_allocated_p(page));
2391     gc_assert(page_table[page].bytes_used != 0);
2392
2393     /* Skip if it's already write-protected, pinned, or unboxed */
2394     if (page_table[page].write_protected
2395         /* FIXME: What's the reason for not write-protecting pinned pages? */
2396         || page_table[page].dont_move
2397         || page_unboxed_p(page))
2398         return (0);
2399
2400     /* Scan the page for pointers to younger generations or the
2401      * top temp. generation. */
2402
2403     for (j = 0; j < num_words; j++) {
2404         void *ptr = *(page_addr+j);
2405         page_index_t index = find_page_index(ptr);
2406
2407         /* Check that it's in the dynamic space */
2408         if (index != -1)
2409             if (/* Does it point to a younger or the temp. generation? */
2410                 (page_allocated_p(index)
2411                  && (page_table[index].bytes_used != 0)
2412                  && ((page_table[index].gen < gen)
2413                      || (page_table[index].gen == SCRATCH_GENERATION)))
2414
2415                 /* Or does it point within a current gc_alloc() region? */
2416                 || ((boxed_region.start_addr <= ptr)
2417                     && (ptr <= boxed_region.free_pointer))
2418                 || ((unboxed_region.start_addr <= ptr)
2419                     && (ptr <= unboxed_region.free_pointer))) {
2420                 wp_it = 0;
2421                 break;
2422             }
2423     }
2424
2425     if (wp_it == 1) {
2426         /* Write-protect the page. */
2427         /*FSHOW((stderr, "/write-protecting page %d gen %d\n", page, gen));*/
2428
2429         os_protect((void *)page_addr,
2430                    GENCGC_CARD_BYTES,
2431                    OS_VM_PROT_READ|OS_VM_PROT_EXECUTE);
2432
2433         /* Note the page as protected in the page tables. */
2434         page_table[page].write_protected = 1;
2435     }
2436
2437     return (wp_it);
2438 }
2439
2440 /* Scavenge all generations from FROM to TO, inclusive, except for
2441  * new_space which needs special handling, as new objects may be
2442  * added which are not checked here - use scavenge_newspace generation.
2443  *
2444  * Write-protected pages should not have any pointers to the
2445  * from_space so do need scavenging; thus write-protected pages are
2446  * not always scavenged. There is some code to check that these pages
2447  * are not written; but to check fully the write-protected pages need
2448  * to be scavenged by disabling the code to skip them.
2449  *
2450  * Under the current scheme when a generation is GCed the younger
2451  * generations will be empty. So, when a generation is being GCed it
2452  * is only necessary to scavenge the older generations for pointers
2453  * not the younger. So a page that does not have pointers to younger
2454  * generations does not need to be scavenged.
2455  *
2456  * The write-protection can be used to note pages that don't have
2457  * pointers to younger pages. But pages can be written without having
2458  * pointers to younger generations. After the pages are scavenged here
2459  * they can be scanned for pointers to younger generations and if
2460  * there are none the page can be write-protected.
2461  *
2462  * One complication is when the newspace is the top temp. generation.
2463  *
2464  * Enabling SC_GEN_CK scavenges the write-protected pages and checks
2465  * that none were written, which they shouldn't be as they should have
2466  * no pointers to younger generations. This breaks down for weak
2467  * pointers as the objects contain a link to the next and are written
2468  * if a weak pointer is scavenged. Still it's a useful check. */
2469 static void
2470 scavenge_generations(generation_index_t from, generation_index_t to)
2471 {
2472     page_index_t i;
2473     page_index_t num_wp = 0;
2474
2475 #define SC_GEN_CK 0
2476 #if SC_GEN_CK
2477     /* Clear the write_protected_cleared flags on all pages. */
2478     for (i = 0; i < page_table_pages; i++)
2479         page_table[i].write_protected_cleared = 0;
2480 #endif
2481
2482     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2483         generation_index_t generation = page_table[i].gen;
2484         if (page_boxed_p(i)
2485             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2486             && (generation != new_space)
2487             && (generation >= from)
2488             && (generation <= to)) {
2489             page_index_t last_page,j;
2490             int write_protected=1;
2491
2492             /* This should be the start of a region */
2493             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
2494
2495             /* Now work forward until the end of the region */
2496             for (last_page = i; ; last_page++) {
2497                 write_protected =
2498                     write_protected && page_table[last_page].write_protected;
2499                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2500                     break;
2501             }
2502             if (!write_protected) {
2503                 scavenge(page_address(i),
2504                          ((uword_t)(page_table[last_page].bytes_used
2505                                           + npage_bytes(last_page-i)))
2506                          /N_WORD_BYTES);
2507
2508                 /* Now scan the pages and write protect those that
2509                  * don't have pointers to younger generations. */
2510                 if (enable_page_protection) {
2511                     for (j = i; j <= last_page; j++) {
2512                         num_wp += update_page_write_prot(j);
2513                     }
2514                 }
2515                 if ((gencgc_verbose > 1) && (num_wp != 0)) {
2516                     FSHOW((stderr,
2517                            "/write protected %d pages within generation %d\n",
2518                            num_wp, generation));
2519                 }
2520             }
2521             i = last_page;
2522         }
2523     }
2524
2525 #if SC_GEN_CK
2526     /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2527      * have been written to. */
2528     for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2529         if (page_allocated_p(i)
2530             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2531             && (page_table[i].gen == generation)
2532             && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)) {
2533             FSHOW((stderr, "/scavenge_generation() %d\n", generation));
2534             FSHOW((stderr,
2535                    "/page bytes_used=%d scan_start_offset=%lu dont_move=%d\n",
2536                     page_table[i].bytes_used,
2537                     page_table[i].scan_start_offset,
2538                     page_table[i].dont_move));
2539             lose("write to protected page %d in scavenge_generation()\n", i);
2540         }
2541     }
2542 #endif
2543 }
2544
2545 \f
2546 /* Scavenge a newspace generation. As it is scavenged new objects may
2547  * be allocated to it; these will also need to be scavenged. This
2548  * repeats until there are no more objects unscavenged in the
2549  * newspace generation.
2550  *
2551  * To help improve the efficiency, areas written are recorded by
2552  * gc_alloc() and only these scavenged. Sometimes a little more will be
2553  * scavenged, but this causes no harm. An easy check is done that the
2554  * scavenged bytes equals the number allocated in the previous
2555  * scavenge.
2556  *
2557  * Write-protected pages are not scanned except if they are marked
2558  * dont_move in which case they may have been promoted and still have
2559  * pointers to the from space.
2560  *
2561  * Write-protected pages could potentially be written by alloc however
2562  * to avoid having to handle re-scavenging of write-protected pages
2563  * gc_alloc() does not write to write-protected pages.
2564  *
2565  * New areas of objects allocated are recorded alternatively in the two
2566  * new_areas arrays below. */
2567 static struct new_area new_areas_1[NUM_NEW_AREAS];
2568 static struct new_area new_areas_2[NUM_NEW_AREAS];
2569
2570 /* Do one full scan of the new space generation. This is not enough to
2571  * complete the job as new objects may be added to the generation in
2572  * the process which are not scavenged. */
2573 static void
2574 scavenge_newspace_generation_one_scan(generation_index_t generation)
2575 {
2576     page_index_t i;
2577
2578     FSHOW((stderr,
2579            "/starting one full scan of newspace generation %d\n",
2580            generation));
2581     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2582         /* Note that this skips over open regions when it encounters them. */
2583         if (page_boxed_p(i)
2584             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2585             && (page_table[i].gen == generation)
2586             && ((page_table[i].write_protected == 0)
2587                 /* (This may be redundant as write_protected is now
2588                  * cleared before promotion.) */
2589                 || (page_table[i].dont_move == 1))) {
2590             page_index_t last_page;
2591             int all_wp=1;
2592
2593             /* The scavenge will start at the scan_start_offset of
2594              * page i.
2595              *
2596              * We need to find the full extent of this contiguous
2597              * block in case objects span pages.
2598              *
2599              * Now work forward until the end of this contiguous area
2600              * is found. A small area is preferred as there is a
2601              * better chance of its pages being write-protected. */
2602             for (last_page = i; ;last_page++) {
2603                 /* If all pages are write-protected and movable,
2604                  * then no need to scavenge */
2605                 all_wp=all_wp && page_table[last_page].write_protected &&
2606                     !page_table[last_page].dont_move;
2607
2608                 /* Check whether this is the last page in this
2609                  * contiguous block */
2610                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2611                     break;
2612             }
2613
2614             /* Do a limited check for write-protected pages.  */
2615             if (!all_wp) {
2616                 sword_t nwords = (((uword_t)
2617                                (page_table[last_page].bytes_used
2618                                 + npage_bytes(last_page-i)
2619                                 + page_table[i].scan_start_offset))
2620                                / N_WORD_BYTES);
2621                 new_areas_ignore_page = last_page;
2622
2623                 scavenge(page_scan_start(i), nwords);
2624
2625             }
2626             i = last_page;
2627         }
2628     }
2629     FSHOW((stderr,
2630            "/done with one full scan of newspace generation %d\n",
2631            generation));
2632 }
2633
2634 /* Do a complete scavenge of the newspace generation. */
2635 static void
2636 scavenge_newspace_generation(generation_index_t generation)
2637 {
2638     size_t i;
2639
2640     /* the new_areas array currently being written to by gc_alloc() */
2641     struct new_area (*current_new_areas)[] = &new_areas_1;
2642     size_t current_new_areas_index;
2643
2644     /* the new_areas created by the previous scavenge cycle */
2645     struct new_area (*previous_new_areas)[] = NULL;
2646     size_t previous_new_areas_index;
2647
2648     /* Flush the current regions updating the tables. */
2649     gc_alloc_update_all_page_tables();
2650
2651     /* Turn on the recording of new areas by gc_alloc(). */
2652     new_areas = current_new_areas;
2653     new_areas_index = 0;
2654
2655     /* Don't need to record new areas that get scavenged anyway during
2656      * scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2657     record_new_objects = 1;
2658
2659     /* Start with a full scavenge. */
2660     scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2661
2662     /* Record all new areas now. */
2663     record_new_objects = 2;
2664
2665     /* Give a chance to weak hash tables to make other objects live.
2666      * FIXME: The algorithm implemented here for weak hash table gcing
2667      * is O(W^2+N) as Bruno Haible warns in
2668      * http://www.haible.de/bruno/papers/cs/weak/WeakDatastructures-writeup.html
2669      * see "Implementation 2". */
2670     scav_weak_hash_tables();
2671
2672     /* Flush the current regions updating the tables. */
2673     gc_alloc_update_all_page_tables();
2674
2675     /* Grab new_areas_index. */
2676     current_new_areas_index = new_areas_index;
2677
2678     /*FSHOW((stderr,
2679              "The first scan is finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2680              current_new_areas_index));*/
2681
2682     while (current_new_areas_index > 0) {
2683         /* Move the current to the previous new areas */
2684         previous_new_areas = current_new_areas;
2685         previous_new_areas_index = current_new_areas_index;
2686
2687         /* Scavenge all the areas in previous new areas. Any new areas
2688          * allocated are saved in current_new_areas. */
2689
2690         /* Allocate an array for current_new_areas; alternating between
2691          * new_areas_1 and 2 */
2692         if (previous_new_areas == &new_areas_1)
2693             current_new_areas = &new_areas_2;
2694         else
2695             current_new_areas = &new_areas_1;
2696
2697         /* Set up for gc_alloc(). */
2698         new_areas = current_new_areas;
2699         new_areas_index = 0;
2700
2701         /* Check whether previous_new_areas had overflowed. */
2702         if (previous_new_areas_index >= NUM_NEW_AREAS) {
2703
2704             /* New areas of objects allocated have been lost so need to do a
2705              * full scan to be sure! If this becomes a problem try
2706              * increasing NUM_NEW_AREAS. */
2707             if (gencgc_verbose) {
2708                 SHOW("new_areas overflow, doing full scavenge");
2709             }
2710
2711             /* Don't need to record new areas that get scavenged
2712              * anyway during scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2713             record_new_objects = 1;
2714
2715             scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2716
2717             /* Record all new areas now. */
2718             record_new_objects = 2;
2719
2720             scav_weak_hash_tables();
2721
2722             /* Flush the current regions updating the tables. */
2723             gc_alloc_update_all_page_tables();
2724
2725         } else {
2726
2727             /* Work through previous_new_areas. */
2728             for (i = 0; i < previous_new_areas_index; i++) {
2729                 page_index_t page = (*previous_new_areas)[i].page;
2730                 size_t offset = (*previous_new_areas)[i].offset;
2731                 size_t size = (*previous_new_areas)[i].size / N_WORD_BYTES;
2732                 gc_assert((*previous_new_areas)[i].size % N_WORD_BYTES == 0);
2733                 scavenge(page_address(page)+offset, size);
2734             }
2735
2736             scav_weak_hash_tables();
2737
2738             /* Flush the current regions updating the tables. */
2739             gc_alloc_update_all_page_tables();
2740         }
2741
2742         current_new_areas_index = new_areas_index;
2743
2744         /*FSHOW((stderr,
2745                  "The re-scan has finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2746                  current_new_areas_index));*/
2747     }
2748
2749     /* Turn off recording of areas allocated by gc_alloc(). */
2750     record_new_objects = 0;
2751
2752 #if SC_NS_GEN_CK
2753     {
2754         page_index_t i;
2755         /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2756          * have been written to. */
2757         for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2758             if (page_allocated_p(i)
2759                 && (page_table[i].bytes_used != 0)
2760                 && (page_table[i].gen == generation)
2761                 && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)
2762                 && (page_table[i].dont_move == 0)) {
2763                 lose("write protected page %d written to in scavenge_newspace_generation\ngeneration=%d dont_move=%d\n",
2764                      i, generation, page_table[i].dont_move);
2765             }
2766         }
2767     }
2768 #endif
2769 }
2770 \f
2771 /* Un-write-protect all the pages in from_space. This is done at the
2772  * start of a GC else there may be many page faults while scavenging
2773  * the newspace (I've seen drive the system time to 99%). These pages
2774  * would need to be unprotected anyway before unmapping in
2775  * free_oldspace; not sure what effect this has on paging.. */
2776 static void
2777 unprotect_oldspace(void)
2778 {
2779     page_index_t i;
2780     void *region_addr = 0;
2781     void *page_addr = 0;
2782     uword_t region_bytes = 0;
2783
2784     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2785         if (page_allocated_p(i)
2786             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2787             && (page_table[i].gen == from_space)) {
2788
2789             /* Remove any write-protection. We should be able to rely
2790              * on the write-protect flag to avoid redundant calls. */
2791             if (page_table[i].write_protected) {
2792                 page_table[i].write_protected = 0;
2793                 page_addr = page_address(i);
2794                 if (!region_addr) {
2795                     /* First region. */
2796                     region_addr = page_addr;
2797                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2798                 } else if (region_addr + region_bytes == page_addr) {
2799                     /* Region continue. */
2800                     region_bytes += GENCGC_CARD_BYTES;
2801                 } else {
2802                     /* Unprotect previous region. */
2803                     os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2804                     /* First page in new region. */
2805                     region_addr = page_addr;
2806                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2807                 }
2808             }
2809         }
2810     }
2811     if (region_addr) {
2812         /* Unprotect last region. */
2813         os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2814     }
2815 }
2816
2817 /* Work through all the pages and free any in from_space. This
2818  * assumes that all objects have been copied or promoted to an older
2819  * generation. Bytes_allocated and the generation bytes_allocated
2820  * counter are updated. The number of bytes freed is returned. */
2821 static uword_t
2822 free_oldspace(void)
2823 {
2824     uword_t bytes_freed = 0;
2825     page_index_t first_page, last_page;
2826
2827     first_page = 0;
2828
2829     do {
2830         /* Find a first page for the next region of pages. */
2831         while ((first_page < last_free_page)
2832                && (page_free_p(first_page)
2833                    || (page_table[first_page].bytes_used == 0)
2834                    || (page_table[first_page].gen != from_space)))
2835             first_page++;
2836
2837         if (first_page >= last_free_page)
2838             break;
2839
2840         /* Find the last page of this region. */
2841         last_page = first_page;
2842
2843         do {
2844             /* Free the page. */
2845             bytes_freed += page_table[last_page].bytes_used;
2846             generations[page_table[last_page].gen].bytes_allocated -=
2847                 page_table[last_page].bytes_used;
2848             page_table[last_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2849             page_table[last_page].bytes_used = 0;
2850             /* Should already be unprotected by unprotect_oldspace(). */
2851             gc_assert(!page_table[last_page].write_protected);
2852             last_page++;
2853         }
2854         while ((last_page < last_free_page)
2855                && page_allocated_p(last_page)
2856                && (page_table[last_page].bytes_used != 0)
2857                && (page_table[last_page].gen == from_space));
2858
2859 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
2860         os_protect(page_address(first_page),
2861                    npage_bytes(last_page-first_page),
2862                    OS_VM_PROT_NONE);
2863 #endif
2864         first_page = last_page;
2865     } while (first_page < last_free_page);
2866
2867     bytes_allocated -= bytes_freed;
2868     return bytes_freed;
2869 }
2870 \f
2871 #if 0
2872 /* Print some information about a pointer at the given address. */
2873 static void
2874 print_ptr(lispobj *addr)
2875 {
2876     /* If addr is in the dynamic space then out the page information. */
2877     page_index_t pi1 = find_page_index((void*)addr);
2878
2879     if (pi1 != -1)
2880         fprintf(stderr,"  %p: page %d  alloc %d  gen %d  bytes_used %d  offset %lu  dont_move %d\n",
2881                 addr,
2882                 pi1,
2883                 page_table[pi1].allocated,
2884                 page_table[pi1].gen,
2885                 page_table[pi1].bytes_used,
2886                 page_table[pi1].scan_start_offset,
2887                 page_table[pi1].dont_move);
2888     fprintf(stderr,"  %x %x %x %x (%x) %x %x %x %x\n",
2889             *(addr-4),
2890             *(addr-3),
2891             *(addr-2),
2892             *(addr-1),
2893             *(addr-0),
2894             *(addr+1),
2895             *(addr+2),
2896             *(addr+3),
2897             *(addr+4));
2898 }
2899 #endif
2900
2901 static int
2902 is_in_stack_space(lispobj ptr)
2903 {
2904     /* For space verification: Pointers can be valid if they point
2905      * to a thread stack space.  This would be faster if the thread
2906      * structures had page-table entries as if they were part of
2907      * the heap space. */
2908     struct thread *th;
2909     for_each_thread(th) {
2910         if ((th->control_stack_start <= (lispobj *)ptr) &&
2911             (th->control_stack_end >= (lispobj *)ptr)) {
2912             return 1;
2913         }
2914     }
2915     return 0;
2916 }
2917
2918 static void
2919 verify_space(lispobj *start, size_t words)
2920 {
2921     int is_in_dynamic_space = (find_page_index((void*)start) != -1);
2922     int is_in_readonly_space =
2923         (READ_ONLY_SPACE_START <= (uword_t)start &&
2924          (uword_t)start < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2925
2926     while (words > 0) {
2927         size_t count = 1;
2928         lispobj thing = *(lispobj*)start;
2929
2930         if (is_lisp_pointer(thing)) {
2931             page_index_t page_index = find_page_index((void*)thing);
2932             sword_t to_readonly_space =
2933                 (READ_ONLY_SPACE_START <= thing &&
2934                  thing < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2935             sword_t to_static_space =
2936                 (STATIC_SPACE_START <= thing &&
2937                  thing < SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0));
2938
2939             /* Does it point to the dynamic space? */
2940             if (page_index != -1) {
2941                 /* If it's within the dynamic space it should point to a used
2942                  * page. XX Could check the offset too. */
2943                 if (page_allocated_p(page_index)
2944                     && (page_table[page_index].bytes_used == 0))
2945                     lose ("Ptr %p @ %p sees free page.\n", thing, start);
2946                 /* Check that it doesn't point to a forwarding pointer! */
2947                 if (*((lispobj *)native_pointer(thing)) == 0x01) {
2948                     lose("Ptr %p @ %p sees forwarding ptr.\n", thing, start);
2949                 }
2950                 /* Check that its not in the RO space as it would then be a
2951                  * pointer from the RO to the dynamic space. */
2952                 if (is_in_readonly_space) {
2953                     lose("ptr to dynamic space %p from RO space %x\n",
2954                          thing, start);
2955                 }
2956                 /* Does it point to a plausible object? This check slows
2957                  * it down a lot (so it's commented out).
2958                  *
2959                  * "a lot" is serious: it ate 50 minutes cpu time on
2960                  * my duron 950 before I came back from lunch and
2961                  * killed it.
2962                  *
2963                  *   FIXME: Add a variable to enable this
2964                  * dynamically. */
2965                 /*
2966                 if (!possibly_valid_dynamic_space_pointer((lispobj *)thing)) {
2967                     lose("ptr %p to invalid object %p\n", thing, start);
2968                 }
2969                 */
2970             } else {
2971                 extern void funcallable_instance_tramp;
2972                 /* Verify that it points to another valid space. */
2973                 if (!to_readonly_space && !to_static_space
2974                     && (thing != (lispobj)&funcallable_instance_tramp)
2975                     && !is_in_stack_space(thing)) {
2976                     lose("Ptr %p @ %p sees junk.\n", thing, start);
2977                 }
2978             }
2979         } else {
2980             if (!(fixnump(thing))) {
2981                 /* skip fixnums */
2982                 switch(widetag_of(*start)) {
2983
2984                     /* boxed objects */
2985                 case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
2986                 case RATIO_WIDETAG:
2987                 case COMPLEX_WIDETAG:
2988                 case SIMPLE_ARRAY_WIDETAG:
2989                 case COMPLEX_BASE_STRING_WIDETAG:
2990 #ifdef COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG
2991                 case COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
2992 #endif
2993                 case COMPLEX_VECTOR_NIL_WIDETAG:
2994                 case COMPLEX_BIT_VECTOR_WIDETAG:
2995                 case COMPLEX_VECTOR_WIDETAG:
2996                 case COMPLEX_ARRAY_WIDETAG:
2997                 case CLOSURE_HEADER_WIDETAG:
2998                 case FUNCALLABLE_INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
2999                 case VALUE_CELL_HEADER_WIDETAG:
3000                 case SYMBOL_HEADER_WIDETAG:
3001                 case CHARACTER_WIDETAG:
3002 #if N_WORD_BITS == 64
3003                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3004 #endif
3005                 case UNBOUND_MARKER_WIDETAG:
3006                 case FDEFN_WIDETAG:
3007                     count = 1;
3008                     break;
3009
3010                 case INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
3011                     {
3012                         lispobj nuntagged;
3013                         sword_t ntotal = HeaderValue(thing);
3014                         lispobj layout = ((struct instance *)start)->slots[0];
3015                         if (!layout) {
3016                             count = 1;
3017                             break;
3018                         }
3019                         nuntagged = ((struct layout *)
3020                                      native_pointer(layout))->n_untagged_slots;
3021                         verify_space(start + 1,
3022                                      ntotal - fixnum_value(nuntagged));
3023                         count = ntotal + 1;
3024                         break;
3025                     }
3026                 case CODE_HEADER_WIDETAG:
3027                     {
3028                         lispobj object = *start;
3029                         struct code *code;
3030                         sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
3031                         lispobj fheaderl;
3032                         struct simple_fun *fheaderp;
3033
3034                         code = (struct code *) start;
3035
3036                         /* Check that it's not in the dynamic space.
3037                          * FIXME: Isn't is supposed to be OK for code
3038                          * objects to be in the dynamic space these days? */
3039                         if (is_in_dynamic_space
3040                             /* It's ok if it's byte compiled code. The trace
3041                              * table offset will be a fixnum if it's x86
3042                              * compiled code - check.
3043                              *
3044                              * FIXME: #^#@@! lack of abstraction here..
3045                              * This line can probably go away now that
3046                              * there's no byte compiler, but I've got
3047                              * too much to worry about right now to try
3048                              * to make sure. -- WHN 2001-10-06 */
3049                             && fixnump(code->trace_table_offset)
3050                             /* Only when enabled */
3051                             && verify_dynamic_code_check) {
3052                             FSHOW((stderr,
3053                                    "/code object at %p in the dynamic space\n",
3054                                    start));
3055                         }
3056
3057                         ncode_words = fixnum_value(code->code_size);
3058                         nheader_words = HeaderValue(object);
3059                         nwords = ncode_words + nheader_words;
3060                         nwords = CEILING(nwords, 2);
3061                         /* Scavenge the boxed section of the code data block */
3062                         verify_space(start + 1, nheader_words - 1);
3063
3064                         /* Scavenge the boxed section of each function
3065                          * object in the code data block. */
3066                         fheaderl = code->entry_points;
3067                         while (fheaderl != NIL) {
3068                             fheaderp =
3069                                 (struct simple_fun *) native_pointer(fheaderl);
3070                             gc_assert(widetag_of(fheaderp->header) ==
3071                                       SIMPLE_FUN_HEADER_WIDETAG);
3072                             verify_space(&fheaderp->name, 1);
3073                             verify_space(&fheaderp->arglist, 1);
3074                             verify_space(&fheaderp->type, 1);
3075                             fheaderl = fheaderp->next;
3076                         }
3077                         count = nwords;
3078                         break;
3079                     }
3080
3081                     /* unboxed objects */
3082                 case BIGNUM_WIDETAG:
3083 #if N_WORD_BITS != 64
3084                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3085 #endif
3086                 case DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3087 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3088                 case LONG_FLOAT_WIDETAG:
3089 #endif
3090 #ifdef COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3091                 case COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3092 #endif
3093 #ifdef COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3094                 case COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3095 #endif
3096 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3097                 case COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3098 #endif
3099 #ifdef SIMD_PACK_WIDETAG
3100                 case SIMD_PACK_WIDETAG:
3101 #endif
3102                 case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
3103 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
3104                 case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
3105 #endif
3106                 case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
3107                 case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
3108                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
3109                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
3110                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
3111                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3112                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
3113                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3114
3115                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
3116
3117                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
3118                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3119 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
3120                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
3121 #endif
3122 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3123                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3124 #endif
3125 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
3126                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3127 #endif
3128 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
3129                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3130 #endif
3131
3132                 case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
3133
3134 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
3135                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3136 #endif
3137 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3138                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3139 #endif
3140                 case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3141                 case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3142 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3143                 case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3144 #endif
3145 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3146                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3147 #endif
3148 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3149                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3150 #endif
3151 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3152                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3153 #endif
3154                 case SAP_WIDETAG:
3155                 case WEAK_POINTER_WIDETAG:
3156 #ifdef NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG
3157                 case NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG:
3158 #endif
3159                     count = (sizetab[widetag_of(*start)])(start);
3160                     break;
3161
3162                 default:
3163                     lose("Unhandled widetag %p at %p\n",
3164                          widetag_of(*start), start);
3165                 }
3166             }
3167         }
3168         start += count;
3169         words -= count;
3170     }
3171 }
3172
3173 static void
3174 verify_gc(void)
3175 {
3176     /* FIXME: It would be nice to make names consistent so that
3177      * foo_size meant size *in* *bytes* instead of size in some
3178      * arbitrary units. (Yes, this caused a bug, how did you guess?:-)
3179      * Some counts of lispobjs are called foo_count; it might be good
3180      * to grep for all foo_size and rename the appropriate ones to
3181      * foo_count. */
3182     sword_t read_only_space_size =
3183         (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0)
3184         - (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3185     sword_t static_space_size =
3186         (lispobj*)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0)
3187         - (lispobj*)STATIC_SPACE_START;
3188     struct thread *th;
3189     for_each_thread(th) {
3190     sword_t binding_stack_size =
3191         (lispobj*)get_binding_stack_pointer(th)
3192             - (lispobj*)th->binding_stack_start;
3193         verify_space(th->binding_stack_start, binding_stack_size);
3194     }
3195     verify_space((lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3196     verify_space((lispobj*)STATIC_SPACE_START   , static_space_size);
3197 }
3198
3199 static void
3200 verify_generation(generation_index_t generation)
3201 {
3202     page_index_t i;
3203
3204     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3205         if (page_allocated_p(i)
3206             && (page_table[i].bytes_used != 0)
3207             && (page_table[i].gen == generation)) {
3208             page_index_t last_page;
3209
3210             /* This should be the start of a contiguous block */
3211             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
3212
3213             /* Need to find the full extent of this contiguous block in case
3214                objects span pages. */
3215
3216             /* Now work forward until the end of this contiguous area is
3217                found. */
3218             for (last_page = i; ;last_page++)
3219                 /* Check whether this is the last page in this contiguous
3220                  * block. */
3221                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
3222                     break;
3223
3224             verify_space(page_address(i),
3225                          ((uword_t)
3226                           (page_table[last_page].bytes_used
3227                            + npage_bytes(last_page-i)))
3228                          / N_WORD_BYTES);
3229             i = last_page;
3230         }
3231     }
3232 }
3233
3234 /* Check that all the free space is zero filled. */
3235 static void
3236 verify_zero_fill(void)
3237 {
3238     page_index_t page;
3239
3240     for (page = 0; page < last_free_page; page++) {
3241         if (page_free_p(page)) {
3242             /* The whole page should be zero filled. */
3243             sword_t *start_addr = (sword_t *)page_address(page);
3244             sword_t size = 1024;
3245             sword_t i;
3246             for (i = 0; i < size; i++) {
3247                 if (start_addr[i] != 0) {
3248                     lose("free page not zero at %x\n", start_addr + i);
3249                 }
3250             }
3251         } else {
3252             sword_t free_bytes = GENCGC_CARD_BYTES - page_table[page].bytes_used;
3253             if (free_bytes > 0) {
3254                 sword_t *start_addr = (sword_t *)((uword_t)page_address(page)
3255                                           + page_table[page].bytes_used);
3256                 sword_t size = free_bytes / N_WORD_BYTES;
3257                 sword_t i;
3258                 for (i = 0; i < size; i++) {
3259                     if (start_addr[i] != 0) {
3260                         lose("free region not zero at %x\n", start_addr + i);
3261                     }
3262                 }
3263             }
3264         }
3265     }
3266 }
3267
3268 /* External entry point for verify_zero_fill */
3269 void
3270 gencgc_verify_zero_fill(void)
3271 {
3272     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3273     gc_alloc_update_all_page_tables();
3274     SHOW("verifying zero fill");
3275     verify_zero_fill();
3276 }
3277
3278 static void
3279 verify_dynamic_space(void)
3280 {
3281     generation_index_t i;
3282
3283     for (i = 0; i <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION; i++)
3284         verify_generation(i);
3285
3286     if (gencgc_enable_verify_zero_fill)
3287         verify_zero_fill();
3288 }
3289 \f
3290 /* Write-protect all the dynamic boxed pages in the given generation. */
3291 static void
3292 write_protect_generation_pages(generation_index_t generation)
3293 {
3294     page_index_t start;
3295
3296     gc_assert(generation < SCRATCH_GENERATION);
3297
3298     for (start = 0; start < last_free_page; start++) {
3299         if (protect_page_p(start, generation)) {
3300             void *page_start;
3301             page_index_t last;
3302
3303             /* Note the page as protected in the page tables. */
3304             page_table[start].write_protected = 1;
3305
3306             for (last = start + 1; last < last_free_page; last++) {
3307                 if (!protect_page_p(last, generation))
3308                   break;
3309                 page_table[last].write_protected = 1;
3310             }
3311
3312             page_start = (void *)page_address(start);
3313
3314             os_protect(page_start,
3315                        npage_bytes(last - start),
3316                        OS_VM_PROT_READ | OS_VM_PROT_EXECUTE);
3317
3318             start = last;
3319         }
3320     }
3321
3322     if (gencgc_verbose > 1) {
3323         FSHOW((stderr,
3324                "/write protected %d of %d pages in generation %d\n",
3325                count_write_protect_generation_pages(generation),
3326                count_generation_pages(generation),
3327                generation));
3328     }
3329 }
3330
3331 #if defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD) && (defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64))
3332 static void
3333 preserve_context_registers (os_context_t *c)
3334 {
3335     void **ptr;
3336     /* On Darwin the signal context isn't a contiguous block of memory,
3337      * so just preserve_pointering its contents won't be sufficient.
3338      */
3339 #if defined(LISP_FEATURE_DARWIN)||defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3340 #if defined LISP_FEATURE_X86
3341     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EAX));
3342     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ECX));
3343     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDX));
3344     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EBX));
3345     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ESI));
3346     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDI));
3347     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3348 #elif defined LISP_FEATURE_X86_64
3349     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RAX));
3350     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RCX));
3351     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDX));
3352     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RBX));
3353     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RSI));
3354     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDI));
3355     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R8));
3356     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R9));
3357     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R10));
3358     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R11));
3359     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R12));
3360     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R13));
3361     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R14));
3362     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R15));
3363     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3364 #else
3365     #error "preserve_context_registers needs to be tweaked for non-x86 Darwin"
3366 #endif
3367 #endif
3368 #if !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3369     for(ptr = ((void **)(c+1))-1; ptr>=(void **)c; ptr--) {
3370         preserve_pointer(*ptr);
3371     }
3372 #endif
3373 }
3374 #endif
3375
3376 static void
3377 move_pinned_pages_to_newspace()
3378 {
3379     page_index_t i;
3380
3381     /* scavenge() will evacuate all oldspace pages, but no newspace
3382      * pages.  Pinned pages are precisely those pages which must not
3383      * be evacuated, so move them to newspace directly. */
3384
3385     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3386         if (page_table[i].dont_move &&
3387             /* dont_move is cleared lazily, so validate the space as well. */
3388             page_table[i].gen == from_space) {
3389             page_table[i].gen = new_space;
3390             /* And since we're moving the pages wholesale, also adjust
3391              * the generation allocation counters. */
3392             generations[new_space].bytes_allocated += page_table[i].bytes_used;
3393             generations[from_space].bytes_allocated -= page_table[i].bytes_used;
3394         }
3395     }
3396 }
3397
3398 /* Garbage collect a generation. If raise is 0 then the remains of the
3399  * generation are not raised to the next generation. */
3400 static void
3401 garbage_collect_generation(generation_index_t generation, int raise)
3402 {
3403     uword_t bytes_freed;
3404     page_index_t i;
3405     uword_t static_space_size;
3406     struct thread *th;
3407
3408     gc_assert(generation <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION);
3409
3410     /* The oldest generation can't be raised. */
3411     gc_assert((generation != HIGHEST_NORMAL_GENERATION) || (raise == 0));
3412
3413     /* Check if weak hash tables were processed in the previous GC. */
3414     gc_assert(weak_hash_tables == NULL);
3415
3416     /* Initialize the weak pointer list. */
3417     weak_pointers = NULL;
3418
3419     /* When a generation is not being raised it is transported to a
3420      * temporary generation (NUM_GENERATIONS), and lowered when
3421      * done. Set up this new generation. There should be no pages
3422      * allocated to it yet. */
3423     if (!raise) {
3424          gc_assert(generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated == 0);
3425     }
3426
3427     /* Set the global src and dest. generations */
3428     from_space = generation;
3429     if (raise)
3430         new_space = generation+1;
3431     else
3432         new_space = SCRATCH_GENERATION;
3433
3434     /* Change to a new space for allocation, resetting the alloc_start_page */
3435     gc_alloc_generation = new_space;
3436     generations[new_space].alloc_start_page = 0;
3437     generations[new_space].alloc_unboxed_start_page = 0;
3438     generations[new_space].alloc_large_start_page = 0;
3439     generations[new_space].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3440
3441     /* Before any pointers are preserved, the dont_move flags on the
3442      * pages need to be cleared. */
3443     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3444         if(page_table[i].gen==from_space)
3445             page_table[i].dont_move = 0;
3446
3447     /* Un-write-protect the old-space pages. This is essential for the
3448      * promoted pages as they may contain pointers into the old-space
3449      * which need to be scavenged. It also helps avoid unnecessary page
3450      * faults as forwarding pointers are written into them. They need to
3451      * be un-protected anyway before unmapping later. */
3452     unprotect_oldspace();
3453
3454     /* Scavenge the stacks' conservative roots. */
3455
3456     /* there are potentially two stacks for each thread: the main
3457      * stack, which may contain Lisp pointers, and the alternate stack.
3458      * We don't ever run Lisp code on the altstack, but it may
3459      * host a sigcontext with lisp objects in it */
3460
3461     /* what we need to do: (1) find the stack pointer for the main
3462      * stack; scavenge it (2) find the interrupt context on the
3463      * alternate stack that might contain lisp values, and scavenge
3464      * that */
3465
3466     /* we assume that none of the preceding applies to the thread that
3467      * initiates GC.  If you ever call GC from inside an altstack
3468      * handler, you will lose. */
3469
3470 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3471     /* And if we're saving a core, there's no point in being conservative. */
3472     if (conservative_stack) {
3473         for_each_thread(th) {
3474             void **ptr;
3475             void **esp=(void **)-1;
3476             if (th->state == STATE_DEAD)
3477                 continue;
3478 # if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
3479             /* Conservative collect_garbage is always invoked with a
3480              * foreign C call or an interrupt handler on top of every
3481              * existing thread, so the stored SP in each thread
3482              * structure is valid, no matter which thread we are looking
3483              * at.  For threads that were running Lisp code, the pitstop
3484              * and edge functions maintain this value within the
3485              * interrupt or exception handler. */
3486             esp = os_get_csp(th);
3487             assert_on_stack(th, esp);
3488
3489             /* In addition to pointers on the stack, also preserve the
3490              * return PC, the only value from the context that we need
3491              * in addition to the SP.  The return PC gets saved by the
3492              * foreign call wrapper, and removed from the control stack
3493              * into a register. */
3494             preserve_pointer(th->pc_around_foreign_call);
3495
3496             /* And on platforms with interrupts: scavenge ctx registers. */
3497
3498             /* Disabled on Windows, because it does not have an explicit
3499              * stack of `interrupt_contexts'.  The reported CSP has been
3500              * chosen so that the current context on the stack is
3501              * covered by the stack scan.  See also set_csp_from_context(). */
3502 #  ifndef LISP_FEATURE_WIN32
3503             if (th != arch_os_get_current_thread()) {
3504                 long k = fixnum_value(
3505                     SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3506                 while (k > 0)
3507                     preserve_context_registers(th->interrupt_contexts[--k]);
3508             }
3509 #  endif
3510 # elif defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD)
3511             sword_t i,free;
3512             if(th==arch_os_get_current_thread()) {
3513                 /* Somebody is going to burn in hell for this, but casting
3514                  * it in two steps shuts gcc up about strict aliasing. */
3515                 esp = (void **)((void *)&raise);
3516             } else {
3517                 void **esp1;
3518                 free=fixnum_value(SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3519                 for(i=free-1;i>=0;i--) {
3520                     os_context_t *c=th->interrupt_contexts[i];
3521                     esp1 = (void **) *os_context_register_addr(c,reg_SP);
3522                     if (esp1>=(void **)th->control_stack_start &&
3523                         esp1<(void **)th->control_stack_end) {
3524                         if(esp1<esp) esp=esp1;
3525                         preserve_context_registers(c);
3526                     }
3527                 }
3528             }
3529 # else
3530             esp = (void **)((void *)&raise);
3531 # endif
3532             if (!esp || esp == (void*) -1)
3533                 lose("garbage_collect: no SP known for thread %x (OS %x)",
3534                      th, th->os_thread);
3535             for (ptr = ((void **)th->control_stack_end)-1; ptr >= esp;  ptr--) {
3536                 preserve_pointer(*ptr);
3537             }
3538         }
3539     }
3540 #else
3541     /* Non-x86oid systems don't have "conservative roots" as such, but
3542      * the same mechanism is used for objects pinned for use by alien
3543      * code. */
3544     for_each_thread(th) {
3545         lispobj pin_list = SymbolTlValue(PINNED_OBJECTS,th);
3546         while (pin_list != NIL) {
3547             struct cons *list_entry =
3548                 (struct cons *)native_pointer(pin_list);
3549             preserve_pointer(list_entry->car);
3550             pin_list = list_entry->cdr;
3551         }
3552     }
3553 #endif
3554
3555 #if QSHOW
3556     if (gencgc_verbose > 1) {
3557         sword_t num_dont_move_pages = count_dont_move_pages();
3558         fprintf(stderr,
3559                 "/non-movable pages due to conservative pointers = %d (%d bytes)\n",
3560                 num_dont_move_pages,
3561                 npage_bytes(num_dont_move_pages));
3562     }
3563 #endif
3564
3565     /* Now that all of the pinned (dont_move) pages are known, and
3566      * before we start to scavenge (and thus relocate) objects,
3567      * relocate the pinned pages to newspace, so that the scavenger
3568      * will not attempt to relocate their contents. */
3569     move_pinned_pages_to_newspace();
3570
3571     /* Scavenge all the rest of the roots. */
3572
3573 #if !defined(LISP_FEATURE_X86) && !defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3574     /*
3575      * If not x86, we need to scavenge the interrupt context(s) and the
3576      * control stack.
3577      */
3578     {
3579         struct thread *th;
3580         for_each_thread(th) {
3581             scavenge_interrupt_contexts(th);
3582             scavenge_control_stack(th);
3583         }
3584
3585 # ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
3586         /* In this case, scrub all stacks right here from the GCing thread
3587          * instead of doing what the comment below says.  Suboptimal, but
3588          * easier. */
3589         for_each_thread(th)
3590             scrub_thread_control_stack(th);
3591 # else
3592         /* Scrub the unscavenged control stack space, so that we can't run
3593          * into any stale pointers in a later GC (this is done by the
3594          * stop-for-gc handler in the other threads). */
3595         scrub_control_stack();
3596 # endif
3597     }
3598 #endif
3599
3600     /* Scavenge the Lisp functions of the interrupt handlers, taking
3601      * care to avoid SIG_DFL and SIG_IGN. */
3602     for (i = 0; i < NSIG; i++) {
3603         union interrupt_handler handler = interrupt_handlers[i];
3604         if (!ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_IGN) &&
3605             !ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_DFL)) {
3606             scavenge((lispobj *)(interrupt_handlers + i), 1);
3607         }
3608     }
3609     /* Scavenge the binding stacks. */
3610     {
3611         struct thread *th;
3612         for_each_thread(th) {
3613             sword_t len= (lispobj *)get_binding_stack_pointer(th) -
3614                 th->binding_stack_start;
3615             scavenge((lispobj *) th->binding_stack_start,len);
3616 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
3617             /* do the tls as well */
3618             len=(SymbolValue(FREE_TLS_INDEX,0) >> WORD_SHIFT) -
3619                 (sizeof (struct thread))/(sizeof (lispobj));
3620             scavenge((lispobj *) (th+1),len);
3621 #endif
3622         }
3623     }
3624
3625     /* The original CMU CL code had scavenge-read-only-space code
3626      * controlled by the Lisp-level variable
3627      * *SCAVENGE-READ-ONLY-SPACE*. It was disabled by default, and it
3628      * wasn't documented under what circumstances it was useful or
3629      * safe to turn it on, so it's been turned off in SBCL. If you
3630      * want/need this functionality, and can test and document it,
3631      * please submit a patch. */
3632 #if 0
3633     if (SymbolValue(SCAVENGE_READ_ONLY_SPACE) != NIL) {
3634         uword_t read_only_space_size =
3635             (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER) -
3636             (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3637         FSHOW((stderr,
3638                "/scavenge read only space: %d bytes\n",
3639                read_only_space_size * sizeof(lispobj)));
3640         scavenge( (lispobj *) READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3641     }
3642 #endif
3643
3644     /* Scavenge static space. */
3645     static_space_size =
3646         (lispobj *)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0) -
3647         (lispobj *)STATIC_SPACE_START;
3648     if (gencgc_verbose > 1) {
3649         FSHOW((stderr,
3650                "/scavenge static space: %d bytes\n",
3651                static_space_size * sizeof(lispobj)));
3652     }
3653     scavenge( (lispobj *) STATIC_SPACE_START, static_space_size);
3654
3655     /* All generations but the generation being GCed need to be
3656      * scavenged. The new_space generation needs special handling as
3657      * objects may be moved in - it is handled separately below. */
3658     scavenge_generations(generation+1, PSEUDO_STATIC_GENERATION);
3659
3660     /* Finally scavenge the new_space generation. Keep going until no
3661      * more objects are moved into the new generation */
3662     scavenge_newspace_generation(new_space);
3663
3664     /* FIXME: I tried reenabling this check when debugging unrelated
3665      * GC weirdness ca. sbcl-0.6.12.45, and it failed immediately.
3666      * Since the current GC code seems to work well, I'm guessing that
3667      * this debugging code is just stale, but I haven't tried to
3668      * figure it out. It should be figured out and then either made to
3669      * work or just deleted. */
3670 #define RESCAN_CHECK 0
3671 #if RESCAN_CHECK
3672     /* As a check re-scavenge the newspace once; no new objects should
3673      * be found. */
3674     {
3675         os_vm_size_t old_bytes_allocated = bytes_allocated;
3676         os_vm_size_t bytes_allocated;
3677
3678         /* Start with a full scavenge. */
3679         scavenge_newspace_generation_one_scan(new_space);
3680
3681         /* Flush the current regions, updating the tables. */
3682         gc_alloc_update_all_page_tables();
3683
3684         bytes_allocated = bytes_allocated - old_bytes_allocated;
3685
3686         if (bytes_allocated != 0) {
3687             lose("Rescan of new_space allocated %d more bytes.\n",
3688                  bytes_allocated);
3689         }
3690     }
3691 #endif
3692
3693     scan_weak_hash_tables();
3694     scan_weak_pointers();
3695
3696     /* Flush the current regions, updating the tables. */
3697     gc_alloc_update_all_page_tables();
3698
3699     /* Free the pages in oldspace, but not those marked dont_move. */
3700     bytes_freed = free_oldspace();
3701
3702     /* If the GC is not raising the age then lower the generation back
3703      * to its normal generation number */
3704     if (!raise) {
3705         for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3706             if ((page_table[i].bytes_used != 0)
3707                 && (page_table[i].gen == SCRATCH_GENERATION))
3708                 page_table[i].gen = generation;
3709         gc_assert(generations[generation].bytes_allocated == 0);
3710         generations[generation].bytes_allocated =
3711             generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated;
3712         generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated = 0;
3713     }
3714
3715     /* Reset the alloc_start_page for generation. */
3716     generations[generation].alloc_start_page = 0;
3717     generations[generation].alloc_unboxed_start_page = 0;
3718     generations[generation].alloc_large_start_page = 0;
3719     generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3720
3721     if (generation >= verify_gens) {
3722         if (gencgc_verbose) {
3723             SHOW("verifying");
3724         }
3725         verify_gc();
3726         verify_dynamic_space();
3727     }
3728
3729     /* Set the new gc trigger for the GCed generation. */
3730     generations[generation].gc_trigger =
3731         generations[generation].bytes_allocated
3732         + generations[generation].bytes_consed_between_gc;
3733
3734     if (raise)
3735         generations[generation].num_gc = 0;
3736     else
3737         ++generations[generation].num_gc;
3738
3739 }
3740
3741 /* Update last_free_page, then SymbolValue(ALLOCATION_POINTER). */
3742 sword_t
3743 update_dynamic_space_free_pointer(void)
3744 {
3745     page_index_t last_page = -1, i;
3746
3747     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3748         if (page_allocated_p(i) && (page_table[i].bytes_used != 0))
3749             last_page = i;
3750
3751     last_free_page = last_page+1;
3752
3753     set_alloc_pointer((lispobj)(page_address(last_free_page)));
3754     return 0; /* dummy value: return something ... */
3755 }
3756
3757 static void
3758 remap_page_range (page_index_t from, page_index_t to)
3759 {
3760     /* There's a mysterious Solaris/x86 problem with using mmap
3761      * tricks for memory zeroing. See sbcl-devel thread
3762      * "Re: patch: standalone executable redux".
3763      */
3764 #if defined(LISP_FEATURE_SUNOS)
3765     zero_and_mark_pages(from, to);
3766 #else
3767     const page_index_t
3768             release_granularity = gencgc_release_granularity/GENCGC_CARD_BYTES,
3769                    release_mask = release_granularity-1,
3770                             end = to+1,
3771                    aligned_from = (from+release_mask)&~release_mask,
3772                     aligned_end = (end&~release_mask);
3773
3774     if (aligned_from < aligned_end) {
3775         zero_pages_with_mmap(aligned_from, aligned_end-1);
3776         if (aligned_from != from)
3777             zero_and_mark_pages(from, aligned_from-1);
3778         if (aligned_end != end)
3779             zero_and_mark_pages(aligned_end, end-1);
3780     } else {
3781         zero_and_mark_pages(from, to);
3782     }
3783 #endif
3784 }
3785
3786 static void
3787 remap_free_pages (page_index_t from, page_index_t to, int forcibly)
3788 {
3789     page_index_t first_page, last_page;
3790
3791     if (forcibly)
3792         return remap_page_range(from, to);
3793
3794     for (first_page = from; first_page <= to; first_page++) {
3795         if (page_allocated_p(first_page) ||
3796             (page_table[first_page].need_to_zero == 0))
3797             continue;
3798
3799         last_page = first_page + 1;
3800         while (page_free_p(last_page) &&
3801                (last_page <= to) &&
3802                (page_table[last_page].need_to_zero == 1))
3803             last_page++;
3804
3805         remap_page_range(first_page, last_page-1);
3806
3807         first_page = last_page;
3808     }
3809 }
3810
3811 generation_index_t small_generation_limit = 1;
3812
3813 /* GC all generations newer than last_gen, raising the objects in each
3814  * to the next older generation - we finish when all generations below
3815  * last_gen are empty.  Then if last_gen is due for a GC, or if
3816  * last_gen==NUM_GENERATIONS (the scratch generation?  eh?) we GC that
3817  * too.  The valid range for last_gen is: 0,1,...,NUM_GENERATIONS.
3818  *
3819  * We stop collecting at gencgc_oldest_gen_to_gc, even if this is less than
3820  * last_gen (oh, and note that by default it is NUM_GENERATIONS-1) */
3821 void
3822 collect_garbage(generation_index_t last_gen)
3823 {
3824     generation_index_t gen = 0, i;
3825     int raise, more = 0;
3826     int gen_to_wp;
3827     /* The largest value of last_free_page seen since the time
3828      * remap_free_pages was called. */
3829     static page_index_t high_water_mark = 0;
3830
3831     FSHOW((stderr, "/entering collect_garbage(%d)\n", last_gen));
3832     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC Start ===");
3833
3834     gc_active_p = 1;
3835
3836     if (last_gen > HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1) {
3837         FSHOW((stderr,
3838                "/collect_garbage: last_gen = %d, doing a level 0 GC\n",
3839                last_gen));
3840         last_gen = 0;
3841     }
3842
3843     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3844     gc_alloc_update_all_page_tables();
3845
3846     /* Verify the new objects created by Lisp code. */
3847     if (pre_verify_gen_0) {
3848         FSHOW((stderr, "pre-checking generation 0\n"));
3849         verify_generation(0);
3850     }
3851
3852     if (gencgc_verbose > 1)
3853         print_generation_stats();
3854
3855     do {
3856         /* Collect the generation. */
3857
3858         if (more || (gen >= gencgc_oldest_gen_to_gc)) {
3859             /* Never raise the oldest generation. Never raise the extra generation
3860              * collected due to more-flag. */
3861             raise = 0;
3862             more = 0;
3863         } else {
3864             raise =
3865                 (gen < last_gen)
3866                 || (generations[gen].num_gc >= generations[gen].number_of_gcs_before_promotion);
3867             /* If we would not normally raise this one, but we're
3868              * running low on space in comparison to the object-sizes
3869              * we've been seeing, raise it and collect the next one
3870              * too. */
3871             if (!raise && gen == last_gen) {
3872                 more = (2*large_allocation) >= (dynamic_space_size - bytes_allocated);
3873                 raise = more;
3874             }
3875         }
3876
3877         if (gencgc_verbose > 1) {
3878             FSHOW((stderr,
3879                    "starting GC of generation %d with raise=%d alloc=%d trig=%d GCs=%d\n",
3880                    gen,
3881                    raise,
3882                    generations[gen].bytes_allocated,
3883                    generations[gen].gc_trigger,
3884                    generations[gen].num_gc));
3885         }
3886
3887         /* If an older generation is being filled, then update its
3888          * memory age. */
3889         if (raise == 1) {
3890             generations[gen+1].cum_sum_bytes_allocated +=
3891                 generations[gen+1].bytes_allocated;
3892         }
3893
3894         garbage_collect_generation(gen, raise);
3895
3896         /* Reset the memory age cum_sum. */
3897         generations[gen].cum_sum_bytes_allocated = 0;
3898
3899         if (gencgc_verbose > 1) {
3900             FSHOW((stderr, "GC of generation %d finished:\n", gen));
3901             print_generation_stats();
3902         }
3903
3904         gen++;
3905     } while ((gen <= gencgc_oldest_gen_to_gc)
3906              && ((gen < last_gen)
3907                  || more
3908                  || (raise
3909                      && (generations[gen].bytes_allocated
3910                          > generations[gen].gc_trigger)
3911                      && (generation_average_age(gen)
3912                          > generations[gen].minimum_age_before_gc))));
3913
3914     /* Now if gen-1 was raised all generations before gen are empty.
3915      * If it wasn't raised then all generations before gen-1 are empty.
3916      *
3917      * Now objects within this gen's pages cannot point to younger
3918      * generations unless they are written to. This can be exploited
3919      * by write-protecting the pages of gen; then when younger
3920      * generations are GCed only the pages which have been written
3921      * need scanning. */
3922     if (raise)
3923         gen_to_wp = gen;
3924     else
3925         gen_to_wp = gen - 1;
3926
3927     /* There's not much point in WPing pages in generation 0 as it is
3928      * never scavenged (except promoted pages). */
3929     if ((gen_to_wp > 0) && enable_page_protection) {
3930         /* Check that they are all empty. */
3931         for (i = 0; i < gen_to_wp; i++) {
3932             if (generations[i].bytes_allocated)
3933                 lose("trying to write-protect gen. %d when gen. %d nonempty\n",
3934                      gen_to_wp, i);
3935         }
3936         write_protect_generation_pages(gen_to_wp);
3937     }
3938
3939     /* Set gc_alloc() back to generation 0. The current regions should
3940      * be flushed after the above GCs. */
3941     gc_assert((boxed_region.free_pointer - boxed_region.start_addr) == 0);
3942     gc_alloc_generation = 0;
3943
3944     /* Save the high-water mark before updating last_free_page */
3945     if (last_free_page > high_water_mark)
3946         high_water_mark = last_free_page;
3947
3948     update_dynamic_space_free_pointer();
3949
3950     /* Update auto_gc_trigger. Make sure we trigger the next GC before
3951      * running out of heap! */
3952     if (bytes_consed_between_gcs <= (dynamic_space_size - bytes_allocated))
3953         auto_gc_trigger = bytes_allocated + bytes_consed_between_gcs;
3954     else
3955         auto_gc_trigger = bytes_allocated + (dynamic_space_size - bytes_allocated)/2;
3956
3957     if(gencgc_verbose)
3958         fprintf(stderr,"Next gc when %"OS_VM_SIZE_FMT" bytes have been consed\n",
3959                 auto_gc_trigger);
3960
3961     /* If we did a big GC (arbitrarily defined as gen > 1), release memory
3962      * back to the OS.
3963      */
3964     if (gen > small_generation_limit) {
3965         if (last_free_page > high_water_mark)
3966             high_water_mark = last_free_page;
3967         remap_free_pages(0, high_water_mark, 0);
3968         high_water_mark = 0;
3969     }
3970
3971     gc_active_p = 0;
3972     large_allocation = 0;
3973
3974     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC End ===");
3975     SHOW("returning from collect_garbage");
3976 }
3977
3978 /* This is called by Lisp PURIFY when it is finished. All live objects
3979  * will have been moved to the RO and Static heaps. The dynamic space
3980  * will need a full re-initialization. We don't bother having Lisp
3981  * PURIFY flush the current gc_alloc() region, as the page_tables are
3982  * re-initialized, and every page is zeroed to be sure. */
3983 void
3984 gc_free_heap(void)
3985 {
3986     page_index_t page, last_page;
3987
3988     if (gencgc_verbose > 1) {
3989         SHOW("entering gc_free_heap");
3990     }
3991
3992     for (page = 0; page < page_table_pages; page++) {
3993         /* Skip free pages which should already be zero filled. */
3994         if (page_allocated_p(page)) {
3995             void *page_start;
3996             for (last_page = page;
3997                  (last_page < page_table_pages) && page_allocated_p(last_page);
3998                  last_page++) {
3999                 /* Mark the page free. The other slots are assumed invalid
4000                  * when it is a FREE_PAGE_FLAG and bytes_used is 0 and it
4001                  * should not be write-protected -- except that the
4002                  * generation is used for the current region but it sets
4003                  * that up. */
4004                 page_table[page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
4005                 page_table[page].bytes_used = 0;
4006                 page_table[page].write_protected = 0;
4007             }
4008
4009 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32 /* Pages already zeroed on win32? Not sure
4010                             * about this change. */
4011             page_start = (void *)page_address(page);
4012             os_protect(page_start, npage_bytes(last_page-page), OS_VM_PROT_ALL);
4013             remap_free_pages(page, last_page-1, 1);
4014             page = last_page-1;
4015 #endif
4016         } else if (gencgc_zero_check_during_free_heap) {
4017             /* Double-check that the page is zero filled. */
4018             sword_t *page_start;
4019             page_index_t i;
4020             gc_assert(page_free_p(page));
4021             gc_assert(page_table[page].bytes_used == 0);
4022             page_start = (sword_t *)page_address(page);
4023             for (i=0; i<GENCGC_CARD_BYTES/sizeof(sword_t); i++) {
4024                 if (page_start[i] != 0) {
4025                     lose("free region not zero at %x\n", page_start + i);
4026                 }
4027             }
4028         }
4029     }
4030
4031     bytes_allocated = 0;
4032
4033     /* Initialize the generations. */
4034     for (page = 0; page < NUM_GENERATIONS; page++) {
4035         generations[page].alloc_start_page = 0;
4036         generations[page].alloc_unboxed_start_page = 0;
4037         generations[page].alloc_large_start_page = 0;
4038         generations[page].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4039         generations[page].bytes_allocated = 0;
4040         generations[page].gc_trigger = 2000000;
4041         generations[page].num_gc = 0;
4042         generations[page].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4043     }
4044
4045     if (gencgc_verbose > 1)
4046         print_generation_stats();
4047
4048     /* Initialize gc_alloc(). */
4049     gc_alloc_generation = 0;
4050
4051     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4052     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4053
4054     last_free_page = 0;
4055     set_alloc_pointer((lispobj)((char *)heap_base));
4056
4057     if (verify_after_free_heap) {
4058         /* Check whether purify has left any bad pointers. */
4059         FSHOW((stderr, "checking after free_heap\n"));
4060         verify_gc();
4061     }
4062 }
4063 \f
4064 void
4065 gc_init(void)
4066 {
4067     page_index_t i;
4068
4069 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
4070     alloc_gc_page();
4071 #endif
4072
4073     /* Compute the number of pages needed for the dynamic space.
4074      * Dynamic space size should be aligned on page size. */
4075     page_table_pages = dynamic_space_size/GENCGC_CARD_BYTES;
4076     gc_assert(dynamic_space_size == npage_bytes(page_table_pages));
4077
4078     /* Default nursery size to 5% of the total dynamic space size,
4079      * min 1Mb. */
4080     bytes_consed_between_gcs = dynamic_space_size/(os_vm_size_t)20;
4081     if (bytes_consed_between_gcs < (1024*1024))
4082         bytes_consed_between_gcs = 1024*1024;
4083
4084     /* The page_table must be allocated using "calloc" to initialize
4085      * the page structures correctly. There used to be a separate
4086      * initialization loop (now commented out; see below) but that was
4087      * unnecessary and did hurt startup time. */
4088     page_table = calloc(page_table_pages, sizeof(struct page));
4089     gc_assert(page_table);
4090
4091     gc_init_tables();
4092     scavtab[WEAK_POINTER_WIDETAG] = scav_weak_pointer;
4093     transother[SIMPLE_ARRAY_WIDETAG] = trans_boxed_large;
4094
4095     heap_base = (void*)DYNAMIC_SPACE_START;
4096
4097     /* The page structures are initialized implicitly when page_table
4098      * is allocated with "calloc" above. Formerly we had the following
4099      * explicit initialization here (comments converted to C99 style
4100      * for readability as C's block comments don't nest):
4101      *
4102      * // Initialize each page structure.
4103      * for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
4104      *     // Initialize all pages as free.
4105      *     page_table[i].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
4106      *     page_table[i].bytes_used = 0;
4107      *
4108      *     // Pages are not write-protected at startup.
4109      *     page_table[i].write_protected = 0;
4110      * }
4111      *
4112      * Without this loop the image starts up much faster when dynamic
4113      * space is large -- which it is on 64-bit platforms already by
4114      * default -- and when "calloc" for large arrays is implemented
4115      * using copy-on-write of a page of zeroes -- which it is at least
4116      * on Linux. In this case the pages that page_table_pages is stored
4117      * in are mapped and cleared not before the corresponding part of
4118      * dynamic space is used. For example, this saves clearing 16 MB of
4119      * memory at startup if the page size is 4 KB and the size of
4120      * dynamic space is 4 GB.
4121      * FREE_PAGE_FLAG must be 0 for this to work correctly which is
4122      * asserted below: */
4123     {
4124       /* Compile time assertion: If triggered, declares an array
4125        * of dimension -1 forcing a syntax error. The intent of the
4126        * assignment is to avoid an "unused variable" warning. */
4127       char assert_free_page_flag_0[(FREE_PAGE_FLAG) ? -1 : 1];
4128       assert_free_page_flag_0[0] = assert_free_page_flag_0[0];
4129     }
4130
4131     bytes_allocated = 0;
4132
4133     /* Initialize the generations.
4134      *
4135      * FIXME: very similar to code in gc_free_heap(), should be shared */
4136     for (i = 0; i < NUM_GENERATIONS; i++) {
4137         generations[i].alloc_start_page = 0;
4138         generations[i].alloc_unboxed_start_page = 0;
4139         generations[i].alloc_large_start_page = 0;
4140         generations[i].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4141         generations[i].bytes_allocated = 0;
4142         generations[i].gc_trigger = 2000000;
4143         generations[i].num_gc = 0;
4144         generations[i].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4145         /* the tune-able parameters */
4146         generations[i].bytes_consed_between_gc
4147             = bytes_consed_between_gcs/(os_vm_size_t)HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4148         generations[i].number_of_gcs_before_promotion = 1;
4149         generations[i].minimum_age_before_gc = 0.75;
4150     }
4151
4152     /* Initialize gc_alloc. */
4153     gc_alloc_generation = 0;
4154     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4155     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4156
4157     last_free_page = 0;
4158 }
4159
4160 /*  Pick up the dynamic space from after a core load.
4161  *
4162  *  The ALLOCATION_POINTER points to the end of the dynamic space.
4163  */
4164
4165 static void
4166 gencgc_pickup_dynamic(void)
4167 {
4168     page_index_t page = 0;
4169     void *alloc_ptr = (void *)get_alloc_pointer();
4170     lispobj *prev=(lispobj *)page_address(page);
4171     generation_index_t gen = PSEUDO_STATIC_GENERATION;
4172
4173     bytes_allocated = 0;
4174
4175     do {
4176         lispobj *first,*ptr= (lispobj *)page_address(page);
4177
4178         if (!gencgc_partial_pickup || page_allocated_p(page)) {
4179           /* It is possible, though rare, for the saved page table
4180            * to contain free pages below alloc_ptr. */
4181           page_table[page].gen = gen;
4182           page_table[page].bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
4183           page_table[page].large_object = 0;
4184           page_table[page].write_protected = 0;
4185           page_table[page].write_protected_cleared = 0;
4186           page_table[page].dont_move = 0;
4187           page_table[page].need_to_zero = 1;
4188
4189           bytes_allocated += GENCGC_CARD_BYTES;
4190         }
4191
4192         if (!gencgc_partial_pickup) {
4193             page_table[page].allocated = BOXED_PAGE_FLAG;
4194             first=gc_search_space(prev,(ptr+2)-prev,ptr);
4195             if(ptr == first)
4196                 prev=ptr;
4197             page_table[page].scan_start_offset =
4198                 page_address(page) - (void *)prev;
4199         }
4200         page++;
4201     } while (page_address(page) < alloc_ptr);
4202
4203     last_free_page = page;
4204
4205     generations[gen].bytes_allocated = bytes_allocated;
4206
4207     gc_alloc_update_all_page_tables();
4208     write_protect_generation_pages(gen);
4209 }
4210
4211 void
4212 gc_initialize_pointers(void)
4213 {
4214     gencgc_pickup_dynamic();
4215 }
4216 \f
4217
4218 /* alloc(..) is the external interface for memory allocation. It
4219  * allocates to generation 0. It is not called from within the garbage
4220  * collector as it is only external uses that need the check for heap
4221  * size (GC trigger) and to disable the interrupts (interrupts are
4222  * always disabled during a GC).
4223  *
4224  * The vops that call alloc(..) assume that the returned space is zero-filled.
4225  * (E.g. the most significant word of a 2-word bignum in MOVE-FROM-UNSIGNED.)
4226  *
4227  * The check for a GC trigger is only performed when the current
4228  * region is full, so in most cases it's not needed. */
4229
4230 static inline lispobj *
4231 general_alloc_internal(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *region,
4232                        struct thread *thread)
4233 {
4234 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4235     lispobj alloc_signal;
4236 #endif
4237     void *new_obj;
4238     void *new_free_pointer;
4239     os_vm_size_t trigger_bytes = 0;
4240
4241     gc_assert(nbytes>0);
4242
4243     /* Check for alignment allocation problems. */
4244     gc_assert((((uword_t)region->free_pointer & LOWTAG_MASK) == 0)
4245               && ((nbytes & LOWTAG_MASK) == 0));
4246
4247 #if !(defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD))
4248     /* Must be inside a PA section. */
4249     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(thread));
4250 #endif
4251
4252     if (nbytes > large_allocation)
4253         large_allocation = nbytes;
4254
4255     /* maybe we can do this quickly ... */
4256     new_free_pointer = region->free_pointer + nbytes;
4257     if (new_free_pointer <= region->end_addr) {
4258         new_obj = (void*)(region->free_pointer);
4259         region->free_pointer = new_free_pointer;
4260         return(new_obj);        /* yup */
4261     }
4262
4263     /* We don't want to count nbytes against auto_gc_trigger unless we
4264      * have to: it speeds up the tenuring of objects and slows down
4265      * allocation. However, unless we do so when allocating _very_
4266      * large objects we are in danger of exhausting the heap without
4267      * running sufficient GCs.
4268      */
4269     if (nbytes >= bytes_consed_between_gcs)
4270         trigger_bytes = nbytes;
4271
4272     /* we have to go the long way around, it seems. Check whether we
4273      * should GC in the near future
4274      */
4275     if (auto_gc_trigger && (bytes_allocated+trigger_bytes > auto_gc_trigger)) {
4276         /* Don't flood the system with interrupts if the need to gc is
4277          * already noted. This can happen for example when SUB-GC
4278          * allocates or after a gc triggered in a WITHOUT-GCING. */
4279         if (SymbolValue(GC_PENDING,thread) == NIL) {
4280             /* set things up so that GC happens when we finish the PA
4281              * section */
4282             SetSymbolValue(GC_PENDING,T,thread);
4283             if (SymbolValue(GC_INHIBIT,thread) == NIL) {
4284 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
4285                 thread_register_gc_trigger();
4286 #else
4287                 set_pseudo_atomic_interrupted(thread);
4288 #ifdef GENCGC_IS_PRECISE
4289                 /* PPC calls alloc() from a trap or from pa_alloc(),
4290                  * look up the most context if it's from a trap. */
4291                 {
4292                     os_context_t *context =
4293                         thread->interrupt_data->allocation_trap_context;
4294                     maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables
4295                         (context ? os_context_sigmask_addr(context) : NULL);
4296                 }
4297 #else
4298                 maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables(NULL);
4299 #endif
4300 #endif
4301             }
4302         }
4303     }
4304     new_obj = gc_alloc_with_region(nbytes, page_type_flag, region, 0);
4305
4306 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4307     /* for sb-prof, and not supported on Windows yet */
4308     alloc_signal = SymbolValue(ALLOC_SIGNAL,thread);
4309     if ((alloc_signal & FIXNUM_TAG_MASK) == 0) {
4310         if ((sword_t) alloc_signal <= 0) {
4311             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL, T, thread);
4312             raise(SIGPROF);
4313         } else {
4314             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL,
4315                            alloc_signal - (1 << N_FIXNUM_TAG_BITS),
4316                            thread);
4317         }
4318     }
4319 #endif
4320
4321     return (new_obj);
4322 }
4323
4324 lispobj *
4325 general_alloc(sword_t nbytes, int page_type_flag)
4326 {
4327     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
4328     /* Select correct region, and call general_alloc_internal with it.
4329      * For other then boxed allocation we must lock first, since the
4330      * region is shared. */
4331     if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
4332 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
4333         struct alloc_region *region = (thread ? &(thread->alloc_region) : &boxed_region);
4334 #else
4335         struct alloc_region *region = &boxed_region;
4336 #endif
4337         return general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, region, thread);
4338     } else if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
4339         lispobj * obj;
4340         gc_assert(0 == thread_mutex_lock(&allocation_lock));
4341         obj = general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, &unboxed_region, thread);
4342         gc_assert(0 == thread_mutex_unlock(&allocation_lock));
4343         return obj;
4344     } else {
4345         lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
4346     }
4347 }
4348
4349 lispobj AMD64_SYSV_ABI *
4350 alloc(long nbytes)
4351 {
4352 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4353     struct thread *self = arch_os_get_current_thread();
4354     int was_pseudo_atomic = get_pseudo_atomic_atomic(self);
4355     if (!was_pseudo_atomic)
4356         set_pseudo_atomic_atomic(self);
4357 #else
4358     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(arch_os_get_current_thread()));
4359 #endif
4360
4361     lispobj *result = general_alloc(nbytes, BOXED_PAGE_FLAG);
4362
4363 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4364     if (!was_pseudo_atomic)
4365         clear_pseudo_atomic_atomic(self);
4366 #endif
4367
4368     return result;
4369 }
4370 \f
4371 /*
4372  * shared support for the OS-dependent signal handlers which
4373  * catch GENCGC-related write-protect violations
4374  */
4375 void unhandled_sigmemoryfault(void* addr);
4376
4377 /* Depending on which OS we're running under, different signals might
4378  * be raised for a violation of write protection in the heap. This
4379  * function factors out the common generational GC magic which needs
4380  * to invoked in this case, and should be called from whatever signal
4381  * handler is appropriate for the OS we're running under.
4382  *
4383  * Return true if this signal is a normal generational GC thing that
4384  * we were able to handle, or false if it was abnormal and control
4385  * should fall through to the general SIGSEGV/SIGBUS/whatever logic.
4386  *
4387  * We have two control flags for this: one causes us to ignore faults
4388  * on unprotected pages completely, and the second complains to stderr
4389  * but allows us to continue without losing.
4390  */
4391 extern boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages;
4392 boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages = 0;
4393
4394 extern boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages;
4395 boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages = 0;
4396
4397 int
4398 gencgc_handle_wp_violation(void* fault_addr)
4399 {
4400     page_index_t page_index = find_page_index(fault_addr);
4401
4402 #if QSHOW_SIGNALS
4403     FSHOW((stderr, "heap WP violation? fault_addr=%x, page_index=%d\n",
4404            fault_addr, page_index));
4405 #endif
4406
4407     /* Check whether the fault is within the dynamic space. */
4408     if (page_index == (-1)) {
4409
4410         /* It can be helpful to be able to put a breakpoint on this
4411          * case to help diagnose low-level problems. */
4412         unhandled_sigmemoryfault(fault_addr);
4413
4414         /* not within the dynamic space -- not our responsibility */
4415         return 0;
4416
4417     } else {
4418         int ret;
4419         ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
4420         gc_assert(ret == 0);
4421         if (page_table[page_index].write_protected) {
4422             /* Unprotect the page. */
4423             os_protect(page_address(page_index), GENCGC_CARD_BYTES, OS_VM_PROT_ALL);
4424             page_table[page_index].write_protected_cleared = 1;
4425             page_table[page_index].write_protected = 0;
4426         } else if (!ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages) {
4427             /* The only acceptable reason for this signal on a heap
4428              * access is that GENCGC write-protected the page.
4429              * However, if two CPUs hit a wp page near-simultaneously,
4430              * we had better not have the second one lose here if it
4431              * does this test after the first one has already set wp=0
4432              */
4433             if(page_table[page_index].write_protected_cleared != 1) {
4434                 void lisp_backtrace(int frames);
4435                 lisp_backtrace(10);
4436                 fprintf(stderr,
4437                         "Fault @ %p, page %"PAGE_INDEX_FMT" not marked as write-protected:\n"
4438                         "  boxed_region.first_page: %"PAGE_INDEX_FMT","
4439                         "  boxed_region.last_page %"PAGE_INDEX_FMT"\n"
4440                         "  page.scan_start_offset: %"OS_VM_SIZE_FMT"\n"
4441                         "  page.bytes_used: %"PAGE_BYTES_FMT"\n"
4442                         "  page.allocated: %d\n"
4443                         "  page.write_protected: %d\n"
4444                         "  page.write_protected_cleared: %d\n"
4445                         "  page.generation: %d\n",
4446                         fault_addr,
4447                         page_index,
4448                         boxed_region.first_page,
4449                         boxed_region.last_page,
4450                         page_table[page_index].scan_start_offset,
4451                         page_table[page_index].bytes_used,
4452                         page_table[page_index].allocated,
4453                         page_table[page_index].write_protected,
4454                         page_table[page_index].write_protected_cleared,
4455                         page_table[page_index].gen);
4456                 if (!continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages)
4457                     lose("Feh.\n");
4458             }
4459         }
4460         ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
4461         gc_assert(ret == 0);
4462         /* Don't worry, we can handle it. */
4463         return 1;
4464     }
4465 }
4466 /* This is to be called when we catch a SIGSEGV/SIGBUS, determine that
4467  * it's not just a case of the program hitting the write barrier, and
4468  * are about to let Lisp deal with it. It's basically just a
4469  * convenient place to set a gdb breakpoint. */
4470 void
4471 unhandled_sigmemoryfault(void *addr)
4472 {}
4473
4474 void gc_alloc_update_all_page_tables(void)
4475 {
4476     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
4477     struct thread *th;
4478     for_each_thread(th) {
4479         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->alloc_region);
4480 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY) && !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
4481         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->sprof_alloc_region);
4482 #endif
4483     }
4484     gc_alloc_update_page_tables(UNBOXED_PAGE_FLAG, &unboxed_region);
4485     gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &boxed_region);
4486 }
4487
4488 void
4489 gc_set_region_empty(struct alloc_region *region)
4490 {
4491     region->first_page = 0;
4492     region->last_page = -1;
4493     region->start_addr = page_address(0);
4494     region->free_pointer = page_address(0);
4495     region->end_addr = page_address(0);
4496 }
4497
4498 static void
4499 zero_all_free_pages()
4500 {
4501     page_index_t i;
4502
4503     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4504         if (page_free_p(i)) {
4505 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
4506             os_protect(page_address(i),
4507                        GENCGC_CARD_BYTES,
4508                        OS_VM_PROT_ALL);
4509 #endif
4510             zero_pages(i, i);
4511         }
4512     }
4513 }
4514
4515 /* Things to do before doing a final GC before saving a core (without
4516  * purify).
4517  *
4518  * + Pages in large_object pages aren't moved by the GC, so we need to
4519  *   unset that flag from all pages.
4520  * + The pseudo-static generation isn't normally collected, but it seems
4521  *   reasonable to collect it at least when saving a core. So move the
4522  *   pages to a normal generation.
4523  */
4524 static void
4525 prepare_for_final_gc ()
4526 {
4527     page_index_t i;
4528     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4529         page_table[i].large_object = 0;
4530         if (page_table[i].gen == PSEUDO_STATIC_GENERATION) {
4531             int used = page_table[i].bytes_used;
4532             page_table[i].gen = HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4533             generations[PSEUDO_STATIC_GENERATION].bytes_allocated -= used;
4534             generations[HIGHEST_NORMAL_GENERATION].bytes_allocated += used;
4535         }
4536     }
4537 }
4538
4539
4540 /* Do a non-conservative GC, and then save a core with the initial
4541  * function being set to the value of the static symbol
4542  * SB!VM:RESTART-LISP-FUNCTION */
4543 void
4544 gc_and_save(char *filename, boolean prepend_runtime,
4545             boolean save_runtime_options, boolean compressed,
4546             int compression_level, int application_type)
4547 {
4548     FILE *file;
4549     void *runtime_bytes = NULL;
4550     size_t runtime_size;
4551
4552     file = prepare_to_save(filename, prepend_runtime, &runtime_bytes,
4553                            &runtime_size);
4554     if (file == NULL)
4555        return;
4556
4557     conservative_stack = 0;
4558
4559     /* The filename might come from Lisp, and be moved by the now
4560      * non-conservative GC. */
4561     filename = strdup(filename);
4562
4563     /* Collect twice: once into relatively high memory, and then back
4564      * into low memory. This compacts the retained data into the lower
4565      * pages, minimizing the size of the core file.
4566      */
4567     prepare_for_final_gc();
4568     gencgc_alloc_start_page = last_free_page;
4569     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4570
4571     prepare_for_final_gc();
4572     gencgc_alloc_start_page = -1;
4573     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4574
4575     if (prepend_runtime)
4576         save_runtime_to_filehandle(file, runtime_bytes, runtime_size,
4577                                    application_type);
4578
4579     /* The dumper doesn't know that pages need to be zeroed before use. */
4580     zero_all_free_pages();
4581     save_to_filehandle(file, filename, SymbolValue(RESTART_LISP_FUNCTION,0),
4582                        prepend_runtime, save_runtime_options,
4583                        compressed ? compression_level : COMPRESSION_LEVEL_NONE);
4584     /* Oops. Save still managed to fail. Since we've mangled the stack
4585      * beyond hope, there's not much we can do.
4586      * (beyond FUNCALLing RESTART_LISP_FUNCTION, but I suspect that's
4587      * going to be rather unsatisfactory too... */
4588     lose("Attempt to save core after non-conservative GC failed.\n");
4589 }