gencgc: Simpler conservative root validation on non-x86oids.
[sbcl.git] / src / runtime / gencgc.c
1 /*
2  * GENerational Conservative Garbage Collector for SBCL
3  */
4
5 /*
6  * This software is part of the SBCL system. See the README file for
7  * more information.
8  *
9  * This software is derived from the CMU CL system, which was
10  * written at Carnegie Mellon University and released into the
11  * public domain. The software is in the public domain and is
12  * provided with absolutely no warranty. See the COPYING and CREDITS
13  * files for more information.
14  */
15
16 /*
17  * For a review of garbage collection techniques (e.g. generational
18  * GC) and terminology (e.g. "scavenging") see Paul R. Wilson,
19  * "Uniprocessor Garbage Collection Techniques". As of 20000618, this
20  * had been accepted for _ACM Computing Surveys_ and was available
21  * as a PostScript preprint through
22  *   <http://www.cs.utexas.edu/users/oops/papers.html>
23  * as
24  *   <ftp://ftp.cs.utexas.edu/pub/garbage/bigsurv.ps>.
25  */
26
27 #include <stdlib.h>
28 #include <stdio.h>
29 #include <errno.h>
30 #include <string.h>
31 #include "sbcl.h"
32 #if defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD)
33 #include "pthreads_win32.h"
34 #else
35 #include <signal.h>
36 #endif
37 #include "runtime.h"
38 #include "os.h"
39 #include "interr.h"
40 #include "globals.h"
41 #include "interrupt.h"
42 #include "validate.h"
43 #include "lispregs.h"
44 #include "arch.h"
45 #include "gc.h"
46 #include "gc-internal.h"
47 #include "thread.h"
48 #include "pseudo-atomic.h"
49 #include "alloc.h"
50 #include "genesis/vector.h"
51 #include "genesis/weak-pointer.h"
52 #include "genesis/fdefn.h"
53 #include "genesis/simple-fun.h"
54 #include "save.h"
55 #include "genesis/hash-table.h"
56 #include "genesis/instance.h"
57 #include "genesis/layout.h"
58 #include "gencgc.h"
59 #if !defined(LISP_FEATURE_X86) && !defined(LISP_FEATURE_X86_64)
60 #include "genesis/cons.h"
61 #endif
62
63 /* forward declarations */
64 page_index_t  gc_find_freeish_pages(page_index_t *restart_page_ptr, sword_t nbytes,
65                                     int page_type_flag);
66
67 \f
68 /*
69  * GC parameters
70  */
71
72 /* Generations 0-5 are normal collected generations, 6 is only used as
73  * scratch space by the collector, and should never get collected.
74  */
75 enum {
76     SCRATCH_GENERATION = PSEUDO_STATIC_GENERATION+1,
77     NUM_GENERATIONS
78 };
79
80 /* Should we use page protection to help avoid the scavenging of pages
81  * that don't have pointers to younger generations? */
82 boolean enable_page_protection = 1;
83
84 /* the minimum size (in bytes) for a large object*/
85 #if (GENCGC_ALLOC_GRANULARITY >= PAGE_BYTES) && (GENCGC_ALLOC_GRANULARITY >= GENCGC_CARD_BYTES)
86 os_vm_size_t large_object_size = 4 * GENCGC_ALLOC_GRANULARITY;
87 #elif (GENCGC_CARD_BYTES >= PAGE_BYTES) && (GENCGC_CARD_BYTES >= GENCGC_ALLOC_GRANULARITY)
88 os_vm_size_t large_object_size = 4 * GENCGC_CARD_BYTES;
89 #else
90 os_vm_size_t large_object_size = 4 * PAGE_BYTES;
91 #endif
92
93 /* Largest allocation seen since last GC. */
94 os_vm_size_t large_allocation = 0;
95
96 \f
97 /*
98  * debugging
99  */
100
101 /* the verbosity level. All non-error messages are disabled at level 0;
102  * and only a few rare messages are printed at level 1. */
103 #if QSHOW == 2
104 boolean gencgc_verbose = 1;
105 #else
106 boolean gencgc_verbose = 0;
107 #endif
108
109 /* FIXME: At some point enable the various error-checking things below
110  * and see what they say. */
111
112 /* We hunt for pointers to old-space, when GCing generations >= verify_gen.
113  * Set verify_gens to HIGHEST_NORMAL_GENERATION + 1 to disable this kind of
114  * check. */
115 generation_index_t verify_gens = HIGHEST_NORMAL_GENERATION + 1;
116
117 /* Should we do a pre-scan verify of generation 0 before it's GCed? */
118 boolean pre_verify_gen_0 = 0;
119
120 /* Should we check for bad pointers after gc_free_heap is called
121  * from Lisp PURIFY? */
122 boolean verify_after_free_heap = 0;
123
124 /* Should we print a note when code objects are found in the dynamic space
125  * during a heap verify? */
126 boolean verify_dynamic_code_check = 0;
127
128 #ifdef LISP_FEATURE_X86
129 /* Should we check code objects for fixup errors after they are transported? */
130 boolean check_code_fixups = 0;
131 #endif
132
133 /* Should we check that newly allocated regions are zero filled? */
134 boolean gencgc_zero_check = 0;
135
136 /* Should we check that the free space is zero filled? */
137 boolean gencgc_enable_verify_zero_fill = 0;
138
139 /* Should we check that free pages are zero filled during gc_free_heap
140  * called after Lisp PURIFY? */
141 boolean gencgc_zero_check_during_free_heap = 0;
142
143 /* When loading a core, don't do a full scan of the memory for the
144  * memory region boundaries. (Set to true by coreparse.c if the core
145  * contained a pagetable entry).
146  */
147 boolean gencgc_partial_pickup = 0;
148
149 /* If defined, free pages are read-protected to ensure that nothing
150  * accesses them.
151  */
152
153 /* #define READ_PROTECT_FREE_PAGES */
154
155 \f
156 /*
157  * GC structures and variables
158  */
159
160 /* the total bytes allocated. These are seen by Lisp DYNAMIC-USAGE. */
161 os_vm_size_t bytes_allocated = 0;
162 os_vm_size_t auto_gc_trigger = 0;
163
164 /* the source and destination generations. These are set before a GC starts
165  * scavenging. */
166 generation_index_t from_space;
167 generation_index_t new_space;
168
169 /* Set to 1 when in GC */
170 boolean gc_active_p = 0;
171
172 /* should the GC be conservative on stack. If false (only right before
173  * saving a core), don't scan the stack / mark pages dont_move. */
174 static boolean conservative_stack = 1;
175
176 /* An array of page structures is allocated on gc initialization.
177  * This helps to quickly map between an address and its page structure.
178  * page_table_pages is set from the size of the dynamic space. */
179 page_index_t page_table_pages;
180 struct page *page_table;
181
182 static inline boolean page_allocated_p(page_index_t page) {
183     return (page_table[page].allocated != FREE_PAGE_FLAG);
184 }
185
186 static inline boolean page_no_region_p(page_index_t page) {
187     return !(page_table[page].allocated & OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
188 }
189
190 static inline boolean page_allocated_no_region_p(page_index_t page) {
191     return ((page_table[page].allocated & (UNBOXED_PAGE_FLAG | BOXED_PAGE_FLAG))
192             && page_no_region_p(page));
193 }
194
195 static inline boolean page_free_p(page_index_t page) {
196     return (page_table[page].allocated == FREE_PAGE_FLAG);
197 }
198
199 static inline boolean page_boxed_p(page_index_t page) {
200     return (page_table[page].allocated & BOXED_PAGE_FLAG);
201 }
202
203 static inline boolean code_page_p(page_index_t page) {
204     /* This is used by the conservative pinning logic to determine if
205      * a page can contain code objects.  Ideally, we'd be able to
206      * check the page allocation flag to see if it is CODE_PAGE_FLAG,
207      * but this turns out not to be reliable (in fact, badly
208      * unreliable) at the moment.  On the upside, all code objects are
209      * boxed objects, so we can simply re-use the boxed_page_p() logic
210      * for a tighter result than merely "is this page allocated". */
211 #if 0
212     return (page_table[page].allocated & CODE_PAGE_FLAG) == CODE_PAGE_FLAG;
213 #else
214     return page_boxed_p(page);
215 #endif
216 }
217
218 static inline boolean page_boxed_no_region_p(page_index_t page) {
219     return page_boxed_p(page) && page_no_region_p(page);
220 }
221
222 static inline boolean page_unboxed_p(page_index_t page) {
223     /* Both flags set == boxed code page */
224     return ((page_table[page].allocated & UNBOXED_PAGE_FLAG)
225             && !page_boxed_p(page));
226 }
227
228 static inline boolean protect_page_p(page_index_t page, generation_index_t generation) {
229     return (page_boxed_no_region_p(page)
230             && (page_table[page].bytes_used != 0)
231             && !page_table[page].dont_move
232             && (page_table[page].gen == generation));
233 }
234
235 /* To map addresses to page structures the address of the first page
236  * is needed. */
237 void *heap_base = NULL;
238
239 /* Calculate the start address for the given page number. */
240 inline void *
241 page_address(page_index_t page_num)
242 {
243     return (heap_base + (page_num * GENCGC_CARD_BYTES));
244 }
245
246 /* Calculate the address where the allocation region associated with
247  * the page starts. */
248 static inline void *
249 page_scan_start(page_index_t page_index)
250 {
251     return page_address(page_index)-page_table[page_index].scan_start_offset;
252 }
253
254 /* True if the page starts a contiguous block. */
255 static inline boolean
256 page_starts_contiguous_block_p(page_index_t page_index)
257 {
258     return page_table[page_index].scan_start_offset == 0;
259 }
260
261 /* True if the page is the last page in a contiguous block. */
262 static inline boolean
263 page_ends_contiguous_block_p(page_index_t page_index, generation_index_t gen)
264 {
265     return (/* page doesn't fill block */
266             (page_table[page_index].bytes_used < GENCGC_CARD_BYTES)
267             /* page is last allocated page */
268             || ((page_index + 1) >= last_free_page)
269             /* next page free */
270             || page_free_p(page_index + 1)
271             /* next page contains no data */
272             || (page_table[page_index + 1].bytes_used == 0)
273             /* next page is in different generation */
274             || (page_table[page_index + 1].gen != gen)
275             /* next page starts its own contiguous block */
276             || (page_starts_contiguous_block_p(page_index + 1)));
277 }
278
279 /* Find the page index within the page_table for the given
280  * address. Return -1 on failure. */
281 inline page_index_t
282 find_page_index(void *addr)
283 {
284     if (addr >= heap_base) {
285         page_index_t index = ((pointer_sized_uint_t)addr -
286                               (pointer_sized_uint_t)heap_base) / GENCGC_CARD_BYTES;
287         if (index < page_table_pages)
288             return (index);
289     }
290     return (-1);
291 }
292
293 static os_vm_size_t
294 npage_bytes(page_index_t npages)
295 {
296     gc_assert(npages>=0);
297     return ((os_vm_size_t)npages)*GENCGC_CARD_BYTES;
298 }
299
300 /* Check that X is a higher address than Y and return offset from Y to
301  * X in bytes. */
302 static inline os_vm_size_t
303 void_diff(void *x, void *y)
304 {
305     gc_assert(x >= y);
306     return (pointer_sized_uint_t)x - (pointer_sized_uint_t)y;
307 }
308
309 /* a structure to hold the state of a generation
310  *
311  * CAUTION: If you modify this, make sure to touch up the alien
312  * definition in src/code/gc.lisp accordingly. ...or better yes,
313  * deal with the FIXME there...
314  */
315 struct generation {
316
317     /* the first page that gc_alloc() checks on its next call */
318     page_index_t alloc_start_page;
319
320     /* the first page that gc_alloc_unboxed() checks on its next call */
321     page_index_t alloc_unboxed_start_page;
322
323     /* the first page that gc_alloc_large (boxed) considers on its next
324      * call. (Although it always allocates after the boxed_region.) */
325     page_index_t alloc_large_start_page;
326
327     /* the first page that gc_alloc_large (unboxed) considers on its
328      * next call. (Although it always allocates after the
329      * current_unboxed_region.) */
330     page_index_t alloc_large_unboxed_start_page;
331
332     /* the bytes allocated to this generation */
333     os_vm_size_t bytes_allocated;
334
335     /* the number of bytes at which to trigger a GC */
336     os_vm_size_t gc_trigger;
337
338     /* to calculate a new level for gc_trigger */
339     os_vm_size_t bytes_consed_between_gc;
340
341     /* the number of GCs since the last raise */
342     int num_gc;
343
344     /* the number of GCs to run on the generations before raising objects to the
345      * next generation */
346     int number_of_gcs_before_promotion;
347
348     /* the cumulative sum of the bytes allocated to this generation. It is
349      * cleared after a GC on this generations, and update before new
350      * objects are added from a GC of a younger generation. Dividing by
351      * the bytes_allocated will give the average age of the memory in
352      * this generation since its last GC. */
353     os_vm_size_t cum_sum_bytes_allocated;
354
355     /* a minimum average memory age before a GC will occur helps
356      * prevent a GC when a large number of new live objects have been
357      * added, in which case a GC could be a waste of time */
358     double minimum_age_before_gc;
359 };
360
361 /* an array of generation structures. There needs to be one more
362  * generation structure than actual generations as the oldest
363  * generation is temporarily raised then lowered. */
364 struct generation generations[NUM_GENERATIONS];
365
366 /* the oldest generation that is will currently be GCed by default.
367  * Valid values are: 0, 1, ... HIGHEST_NORMAL_GENERATION
368  *
369  * The default of HIGHEST_NORMAL_GENERATION enables GC on all generations.
370  *
371  * Setting this to 0 effectively disables the generational nature of
372  * the GC. In some applications generational GC may not be useful
373  * because there are no long-lived objects.
374  *
375  * An intermediate value could be handy after moving long-lived data
376  * into an older generation so an unnecessary GC of this long-lived
377  * data can be avoided. */
378 generation_index_t gencgc_oldest_gen_to_gc = HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
379
380 /* The maximum free page in the heap is maintained and used to update
381  * ALLOCATION_POINTER which is used by the room function to limit its
382  * search of the heap. XX Gencgc obviously needs to be better
383  * integrated with the Lisp code. */
384 page_index_t last_free_page;
385 \f
386 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
387 /* This lock is to prevent multiple threads from simultaneously
388  * allocating new regions which overlap each other.  Note that the
389  * majority of GC is single-threaded, but alloc() may be called from
390  * >1 thread at a time and must be thread-safe.  This lock must be
391  * seized before all accesses to generations[] or to parts of
392  * page_table[] that other threads may want to see */
393 static pthread_mutex_t free_pages_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
394 /* This lock is used to protect non-thread-local allocation. */
395 static pthread_mutex_t allocation_lock = PTHREAD_MUTEX_INITIALIZER;
396 #endif
397
398 extern os_vm_size_t gencgc_release_granularity;
399 os_vm_size_t gencgc_release_granularity = GENCGC_RELEASE_GRANULARITY;
400
401 extern os_vm_size_t gencgc_alloc_granularity;
402 os_vm_size_t gencgc_alloc_granularity = GENCGC_ALLOC_GRANULARITY;
403
404 \f
405 /*
406  * miscellaneous heap functions
407  */
408
409 /* Count the number of pages which are write-protected within the
410  * given generation. */
411 static page_index_t
412 count_write_protect_generation_pages(generation_index_t generation)
413 {
414     page_index_t i, count = 0;
415
416     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
417         if (page_allocated_p(i)
418             && (page_table[i].gen == generation)
419             && (page_table[i].write_protected == 1))
420             count++;
421     return count;
422 }
423
424 /* Count the number of pages within the given generation. */
425 static page_index_t
426 count_generation_pages(generation_index_t generation)
427 {
428     page_index_t i;
429     page_index_t count = 0;
430
431     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
432         if (page_allocated_p(i)
433             && (page_table[i].gen == generation))
434             count++;
435     return count;
436 }
437
438 #if QSHOW
439 static page_index_t
440 count_dont_move_pages(void)
441 {
442     page_index_t i;
443     page_index_t count = 0;
444     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
445         if (page_allocated_p(i)
446             && (page_table[i].dont_move != 0)) {
447             ++count;
448         }
449     }
450     return count;
451 }
452 #endif /* QSHOW */
453
454 /* Work through the pages and add up the number of bytes used for the
455  * given generation. */
456 static os_vm_size_t
457 count_generation_bytes_allocated (generation_index_t gen)
458 {
459     page_index_t i;
460     os_vm_size_t result = 0;
461     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
462         if (page_allocated_p(i)
463             && (page_table[i].gen == gen))
464             result += page_table[i].bytes_used;
465     }
466     return result;
467 }
468
469 /* Return the average age of the memory in a generation. */
470 extern double
471 generation_average_age(generation_index_t gen)
472 {
473     if (generations[gen].bytes_allocated == 0)
474         return 0.0;
475
476     return
477         ((double)generations[gen].cum_sum_bytes_allocated)
478         / ((double)generations[gen].bytes_allocated);
479 }
480
481 extern void
482 write_generation_stats(FILE *file)
483 {
484     generation_index_t i;
485
486 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
487 #define FPU_STATE_SIZE 27
488     int fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
489 #elif defined(LISP_FEATURE_PPC)
490 #define FPU_STATE_SIZE 32
491     long long fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
492 #elif defined(LISP_FEATURE_SPARC)
493     /*
494      * 32 (single-precision) FP registers, and the FP state register.
495      * But Sparc V9 has 32 double-precision registers (equivalent to 64
496      * single-precision, but can't be accessed), so we leave enough room
497      * for that.
498      */
499 #define FPU_STATE_SIZE (((32 + 32 + 1) + 1)/2)
500     long long fpu_state[FPU_STATE_SIZE];
501 #endif
502
503     /* This code uses the FP instructions which may be set up for Lisp
504      * so they need to be saved and reset for C. */
505     fpu_save(fpu_state);
506
507     /* Print the heap stats. */
508     fprintf(file,
509             " Gen StaPg UbSta LaSta LUbSt Boxed Unboxed LB   LUB  !move  Alloc  Waste   Trig    WP  GCs Mem-age\n");
510
511     for (i = 0; i < SCRATCH_GENERATION; i++) {
512         page_index_t j;
513         page_index_t boxed_cnt = 0;
514         page_index_t unboxed_cnt = 0;
515         page_index_t large_boxed_cnt = 0;
516         page_index_t large_unboxed_cnt = 0;
517         page_index_t pinned_cnt=0;
518
519         for (j = 0; j < last_free_page; j++)
520             if (page_table[j].gen == i) {
521
522                 /* Count the number of boxed pages within the given
523                  * generation. */
524                 if (page_boxed_p(j)) {
525                     if (page_table[j].large_object)
526                         large_boxed_cnt++;
527                     else
528                         boxed_cnt++;
529                 }
530                 if(page_table[j].dont_move) pinned_cnt++;
531                 /* Count the number of unboxed pages within the given
532                  * generation. */
533                 if (page_unboxed_p(j)) {
534                     if (page_table[j].large_object)
535                         large_unboxed_cnt++;
536                     else
537                         unboxed_cnt++;
538                 }
539             }
540
541         gc_assert(generations[i].bytes_allocated
542                   == count_generation_bytes_allocated(i));
543         fprintf(file,
544                 "   %1d: %5ld %5ld %5ld %5ld",
545                 i,
546                 generations[i].alloc_start_page,
547                 generations[i].alloc_unboxed_start_page,
548                 generations[i].alloc_large_start_page,
549                 generations[i].alloc_large_unboxed_start_page);
550         fprintf(file,
551                 " %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT
552                 " %5"PAGE_INDEX_FMT" %5"PAGE_INDEX_FMT,
553                 boxed_cnt, unboxed_cnt, large_boxed_cnt,
554                 large_unboxed_cnt, pinned_cnt);
555         fprintf(file,
556                 " %8"OS_VM_SIZE_FMT
557                 " %5"OS_VM_SIZE_FMT
558                 " %8"OS_VM_SIZE_FMT
559                 " %4"PAGE_INDEX_FMT" %3d %7.4f\n",
560                 generations[i].bytes_allocated,
561                 (npage_bytes(count_generation_pages(i)) - generations[i].bytes_allocated),
562                 generations[i].gc_trigger,
563                 count_write_protect_generation_pages(i),
564                 generations[i].num_gc,
565                 generation_average_age(i));
566     }
567     fprintf(file,"   Total bytes allocated    = %"OS_VM_SIZE_FMT"\n", bytes_allocated);
568     fprintf(file,"   Dynamic-space-size bytes = %"OS_VM_SIZE_FMT"\n", dynamic_space_size);
569
570     fpu_restore(fpu_state);
571 }
572
573 extern void
574 write_heap_exhaustion_report(FILE *file, long available, long requested,
575                              struct thread *thread)
576 {
577     fprintf(file,
578             "Heap exhausted during %s: %ld bytes available, %ld requested.\n",
579             gc_active_p ? "garbage collection" : "allocation",
580             available,
581             requested);
582     write_generation_stats(file);
583     fprintf(file, "GC control variables:\n");
584     fprintf(file, "   *GC-INHIBIT* = %s\n   *GC-PENDING* = %s\n",
585             SymbolValue(GC_INHIBIT,thread)==NIL ? "false" : "true",
586             (SymbolValue(GC_PENDING, thread) == T) ?
587             "true" : ((SymbolValue(GC_PENDING, thread) == NIL) ?
588                       "false" : "in progress"));
589 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
590     fprintf(file, "   *STOP-FOR-GC-PENDING* = %s\n",
591             SymbolValue(STOP_FOR_GC_PENDING,thread)==NIL ? "false" : "true");
592 #endif
593 }
594
595 extern void
596 print_generation_stats(void)
597 {
598     write_generation_stats(stderr);
599 }
600
601 extern char* gc_logfile;
602 char * gc_logfile = NULL;
603
604 extern void
605 log_generation_stats(char *logfile, char *header)
606 {
607     if (logfile) {
608         FILE * log = fopen(logfile, "a");
609         if (log) {
610             fprintf(log, "%s\n", header);
611             write_generation_stats(log);
612             fclose(log);
613         } else {
614             fprintf(stderr, "Could not open gc logfile: %s\n", logfile);
615             fflush(stderr);
616         }
617     }
618 }
619
620 extern void
621 report_heap_exhaustion(long available, long requested, struct thread *th)
622 {
623     if (gc_logfile) {
624         FILE * log = fopen(gc_logfile, "a");
625         if (log) {
626             write_heap_exhaustion_report(log, available, requested, th);
627             fclose(log);
628         } else {
629             fprintf(stderr, "Could not open gc logfile: %s\n", gc_logfile);
630             fflush(stderr);
631         }
632     }
633     /* Always to stderr as well. */
634     write_heap_exhaustion_report(stderr, available, requested, th);
635 }
636 \f
637
638 #if defined(LISP_FEATURE_X86)
639 void fast_bzero(void*, size_t); /* in <arch>-assem.S */
640 #endif
641
642 /* Zero the pages from START to END (inclusive), but use mmap/munmap instead
643  * if zeroing it ourselves, i.e. in practice give the memory back to the
644  * OS. Generally done after a large GC.
645  */
646 void zero_pages_with_mmap(page_index_t start, page_index_t end) {
647     page_index_t i;
648     void *addr = page_address(start), *new_addr;
649     os_vm_size_t length = npage_bytes(1+end-start);
650
651     if (start > end)
652       return;
653
654     gc_assert(length >= gencgc_release_granularity);
655     gc_assert((length % gencgc_release_granularity) == 0);
656
657     os_invalidate(addr, length);
658     new_addr = os_validate(addr, length);
659     if (new_addr == NULL || new_addr != addr) {
660         lose("remap_free_pages: page moved, 0x%08x ==> 0x%08x",
661              start, new_addr);
662     }
663
664     for (i = start; i <= end; i++) {
665         page_table[i].need_to_zero = 0;
666     }
667 }
668
669 /* Zero the pages from START to END (inclusive). Generally done just after
670  * a new region has been allocated.
671  */
672 static void
673 zero_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
674     if (start > end)
675       return;
676
677 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
678     fast_bzero(page_address(start), npage_bytes(1+end-start));
679 #else
680     bzero(page_address(start), npage_bytes(1+end-start));
681 #endif
682
683 }
684
685 static void
686 zero_and_mark_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
687     page_index_t i;
688
689     zero_pages(start, end);
690     for (i = start; i <= end; i++)
691         page_table[i].need_to_zero = 0;
692 }
693
694 /* Zero the pages from START to END (inclusive), except for those
695  * pages that are known to already zeroed. Mark all pages in the
696  * ranges as non-zeroed.
697  */
698 static void
699 zero_dirty_pages(page_index_t start, page_index_t end) {
700     page_index_t i, j;
701
702     for (i = start; i <= end; i++) {
703         if (!page_table[i].need_to_zero) continue;
704         for (j = i+1; (j <= end) && (page_table[j].need_to_zero); j++);
705         zero_pages(i, j-1);
706         i = j;
707     }
708
709     for (i = start; i <= end; i++) {
710         page_table[i].need_to_zero = 1;
711     }
712 }
713
714
715 /*
716  * To support quick and inline allocation, regions of memory can be
717  * allocated and then allocated from with just a free pointer and a
718  * check against an end address.
719  *
720  * Since objects can be allocated to spaces with different properties
721  * e.g. boxed/unboxed, generation, ages; there may need to be many
722  * allocation regions.
723  *
724  * Each allocation region may start within a partly used page. Many
725  * features of memory use are noted on a page wise basis, e.g. the
726  * generation; so if a region starts within an existing allocated page
727  * it must be consistent with this page.
728  *
729  * During the scavenging of the newspace, objects will be transported
730  * into an allocation region, and pointers updated to point to this
731  * allocation region. It is possible that these pointers will be
732  * scavenged again before the allocation region is closed, e.g. due to
733  * trans_list which jumps all over the place to cleanup the list. It
734  * is important to be able to determine properties of all objects
735  * pointed to when scavenging, e.g to detect pointers to the oldspace.
736  * Thus it's important that the allocation regions have the correct
737  * properties set when allocated, and not just set when closed. The
738  * region allocation routines return regions with the specified
739  * properties, and grab all the pages, setting their properties
740  * appropriately, except that the amount used is not known.
741  *
742  * These regions are used to support quicker allocation using just a
743  * free pointer. The actual space used by the region is not reflected
744  * in the pages tables until it is closed. It can't be scavenged until
745  * closed.
746  *
747  * When finished with the region it should be closed, which will
748  * update the page tables for the actual space used returning unused
749  * space. Further it may be noted in the new regions which is
750  * necessary when scavenging the newspace.
751  *
752  * Large objects may be allocated directly without an allocation
753  * region, the page tables are updated immediately.
754  *
755  * Unboxed objects don't contain pointers to other objects and so
756  * don't need scavenging. Further they can't contain pointers to
757  * younger generations so WP is not needed. By allocating pages to
758  * unboxed objects the whole page never needs scavenging or
759  * write-protecting. */
760
761 /* We are only using two regions at present. Both are for the current
762  * newspace generation. */
763 struct alloc_region boxed_region;
764 struct alloc_region unboxed_region;
765
766 /* The generation currently being allocated to. */
767 static generation_index_t gc_alloc_generation;
768
769 static inline page_index_t
770 generation_alloc_start_page(generation_index_t generation, int page_type_flag, int large)
771 {
772     if (large) {
773         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
774             return generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page;
775         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
776             /* Both code and data. */
777             return generations[generation].alloc_large_start_page;
778         } else {
779             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
780         }
781     } else {
782         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
783             return generations[generation].alloc_unboxed_start_page;
784         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
785             /* Both code and data. */
786             return generations[generation].alloc_start_page;
787         } else {
788             lose("bad page_type_flag: %d", page_type_flag);
789         }
790     }
791 }
792
793 static inline void
794 set_generation_alloc_start_page(generation_index_t generation, int page_type_flag, int large,
795                                 page_index_t page)
796 {
797     if (large) {
798         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
799             generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page = page;
800         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
801             /* Both code and data. */
802             generations[generation].alloc_large_start_page = page;
803         } else {
804             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
805         }
806     } else {
807         if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
808             generations[generation].alloc_unboxed_start_page = page;
809         } else if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
810             /* Both code and data. */
811             generations[generation].alloc_start_page = page;
812         } else {
813             lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
814         }
815     }
816 }
817
818 /* Find a new region with room for at least the given number of bytes.
819  *
820  * It starts looking at the current generation's alloc_start_page. So
821  * may pick up from the previous region if there is enough space. This
822  * keeps the allocation contiguous when scavenging the newspace.
823  *
824  * The alloc_region should have been closed by a call to
825  * gc_alloc_update_page_tables(), and will thus be in an empty state.
826  *
827  * To assist the scavenging functions write-protected pages are not
828  * used. Free pages should not be write-protected.
829  *
830  * It is critical to the conservative GC that the start of regions be
831  * known. To help achieve this only small regions are allocated at a
832  * time.
833  *
834  * During scavenging, pointers may be found to within the current
835  * region and the page generation must be set so that pointers to the
836  * from space can be recognized. Therefore the generation of pages in
837  * the region are set to gc_alloc_generation. To prevent another
838  * allocation call using the same pages, all the pages in the region
839  * are allocated, although they will initially be empty.
840  */
841 static void
842 gc_alloc_new_region(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
843 {
844     page_index_t first_page;
845     page_index_t last_page;
846     os_vm_size_t bytes_found;
847     page_index_t i;
848     int ret;
849
850     /*
851     FSHOW((stderr,
852            "/alloc_new_region for %d bytes from gen %d\n",
853            nbytes, gc_alloc_generation));
854     */
855
856     /* Check that the region is in a reset state. */
857     gc_assert((alloc_region->first_page == 0)
858               && (alloc_region->last_page == -1)
859               && (alloc_region->free_pointer == alloc_region->end_addr));
860     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
861     gc_assert(ret == 0);
862     first_page = generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 0);
863     last_page=gc_find_freeish_pages(&first_page, nbytes, page_type_flag);
864     bytes_found=(GENCGC_CARD_BYTES - page_table[first_page].bytes_used)
865             + npage_bytes(last_page-first_page);
866
867     /* Set up the alloc_region. */
868     alloc_region->first_page = first_page;
869     alloc_region->last_page = last_page;
870     alloc_region->start_addr = page_table[first_page].bytes_used
871         + page_address(first_page);
872     alloc_region->free_pointer = alloc_region->start_addr;
873     alloc_region->end_addr = alloc_region->start_addr + bytes_found;
874
875     /* Set up the pages. */
876
877     /* The first page may have already been in use. */
878     if (page_table[first_page].bytes_used == 0) {
879         page_table[first_page].allocated = page_type_flag;
880         page_table[first_page].gen = gc_alloc_generation;
881         page_table[first_page].large_object = 0;
882         page_table[first_page].scan_start_offset = 0;
883     }
884
885     gc_assert(page_table[first_page].allocated == page_type_flag);
886     page_table[first_page].allocated |= OPEN_REGION_PAGE_FLAG;
887
888     gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
889     gc_assert(page_table[first_page].large_object == 0);
890
891     for (i = first_page+1; i <= last_page; i++) {
892         page_table[i].allocated = page_type_flag;
893         page_table[i].gen = gc_alloc_generation;
894         page_table[i].large_object = 0;
895         /* This may not be necessary for unboxed regions (think it was
896          * broken before!) */
897         page_table[i].scan_start_offset =
898             void_diff(page_address(i),alloc_region->start_addr);
899         page_table[i].allocated |= OPEN_REGION_PAGE_FLAG ;
900     }
901     /* Bump up last_free_page. */
902     if (last_page+1 > last_free_page) {
903         last_free_page = last_page+1;
904         /* do we only want to call this on special occasions? like for
905          * boxed_region? */
906         set_alloc_pointer((lispobj)page_address(last_free_page));
907     }
908     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
909     gc_assert(ret == 0);
910
911 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
912     os_protect(page_address(first_page),
913                npage_bytes(1+last_page-first_page),
914                OS_VM_PROT_ALL);
915 #endif
916
917     /* If the first page was only partial, don't check whether it's
918      * zeroed (it won't be) and don't zero it (since the parts that
919      * we're interested in are guaranteed to be zeroed).
920      */
921     if (page_table[first_page].bytes_used) {
922         first_page++;
923     }
924
925     zero_dirty_pages(first_page, last_page);
926
927     /* we can do this after releasing free_pages_lock */
928     if (gencgc_zero_check) {
929         word_t *p;
930         for (p = (word_t *)alloc_region->start_addr;
931              p < (word_t *)alloc_region->end_addr; p++) {
932             if (*p != 0) {
933                 lose("The new region is not zero at %p (start=%p, end=%p).\n",
934                      p, alloc_region->start_addr, alloc_region->end_addr);
935             }
936         }
937     }
938 }
939
940 /* If the record_new_objects flag is 2 then all new regions created
941  * are recorded.
942  *
943  * If it's 1 then then it is only recorded if the first page of the
944  * current region is <= new_areas_ignore_page. This helps avoid
945  * unnecessary recording when doing full scavenge pass.
946  *
947  * The new_object structure holds the page, byte offset, and size of
948  * new regions of objects. Each new area is placed in the array of
949  * these structures pointer to by new_areas. new_areas_index holds the
950  * offset into new_areas.
951  *
952  * If new_area overflows NUM_NEW_AREAS then it stops adding them. The
953  * later code must detect this and handle it, probably by doing a full
954  * scavenge of a generation. */
955 #define NUM_NEW_AREAS 512
956 static int record_new_objects = 0;
957 static page_index_t new_areas_ignore_page;
958 struct new_area {
959     page_index_t page;
960     size_t offset;
961     size_t size;
962 };
963 static struct new_area (*new_areas)[];
964 static size_t new_areas_index;
965 size_t max_new_areas;
966
967 /* Add a new area to new_areas. */
968 static void
969 add_new_area(page_index_t first_page, size_t offset, size_t size)
970 {
971     size_t new_area_start, c;
972     ssize_t i;
973
974     /* Ignore if full. */
975     if (new_areas_index >= NUM_NEW_AREAS)
976         return;
977
978     switch (record_new_objects) {
979     case 0:
980         return;
981     case 1:
982         if (first_page > new_areas_ignore_page)
983             return;
984         break;
985     case 2:
986         break;
987     default:
988         gc_abort();
989     }
990
991     new_area_start = npage_bytes(first_page) + offset;
992
993     /* Search backwards for a prior area that this follows from. If
994        found this will save adding a new area. */
995     for (i = new_areas_index-1, c = 0; (i >= 0) && (c < 8); i--, c++) {
996         size_t area_end =
997             npage_bytes((*new_areas)[i].page)
998             + (*new_areas)[i].offset
999             + (*new_areas)[i].size;
1000         /*FSHOW((stderr,
1001                "/add_new_area S1 %d %d %d %d\n",
1002                i, c, new_area_start, area_end));*/
1003         if (new_area_start == area_end) {
1004             /*FSHOW((stderr,
1005                    "/adding to [%d] %d %d %d with %d %d %d:\n",
1006                    i,
1007                    (*new_areas)[i].page,
1008                    (*new_areas)[i].offset,
1009                    (*new_areas)[i].size,
1010                    first_page,
1011                    offset,
1012                     size);*/
1013             (*new_areas)[i].size += size;
1014             return;
1015         }
1016     }
1017
1018     (*new_areas)[new_areas_index].page = first_page;
1019     (*new_areas)[new_areas_index].offset = offset;
1020     (*new_areas)[new_areas_index].size = size;
1021     /*FSHOW((stderr,
1022            "/new_area %d page %d offset %d size %d\n",
1023            new_areas_index, first_page, offset, size));*/
1024     new_areas_index++;
1025
1026     /* Note the max new_areas used. */
1027     if (new_areas_index > max_new_areas)
1028         max_new_areas = new_areas_index;
1029 }
1030
1031 /* Update the tables for the alloc_region. The region may be added to
1032  * the new_areas.
1033  *
1034  * When done the alloc_region is set up so that the next quick alloc
1035  * will fail safely and thus a new region will be allocated. Further
1036  * it is safe to try to re-update the page table of this reset
1037  * alloc_region. */
1038 void
1039 gc_alloc_update_page_tables(int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
1040 {
1041     boolean more;
1042     page_index_t first_page;
1043     page_index_t next_page;
1044     os_vm_size_t bytes_used;
1045     os_vm_size_t region_size;
1046     os_vm_size_t byte_cnt;
1047     page_bytes_t orig_first_page_bytes_used;
1048     int ret;
1049
1050
1051     first_page = alloc_region->first_page;
1052
1053     /* Catch an unused alloc_region. */
1054     if ((first_page == 0) && (alloc_region->last_page == -1))
1055         return;
1056
1057     next_page = first_page+1;
1058
1059     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
1060     gc_assert(ret == 0);
1061     if (alloc_region->free_pointer != alloc_region->start_addr) {
1062         /* some bytes were allocated in the region */
1063         orig_first_page_bytes_used = page_table[first_page].bytes_used;
1064
1065         gc_assert(alloc_region->start_addr ==
1066                   (page_address(first_page)
1067                    + page_table[first_page].bytes_used));
1068
1069         /* All the pages used need to be updated */
1070
1071         /* Update the first page. */
1072
1073         /* If the page was free then set up the gen, and
1074          * scan_start_offset. */
1075         if (page_table[first_page].bytes_used == 0)
1076             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
1077         page_table[first_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1078
1079         gc_assert(page_table[first_page].allocated & page_type_flag);
1080         gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
1081         gc_assert(page_table[first_page].large_object == 0);
1082
1083         byte_cnt = 0;
1084
1085         /* Calculate the number of bytes used in this page. This is not
1086          * always the number of new bytes, unless it was free. */
1087         more = 0;
1088         if ((bytes_used = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1089                                     page_address(first_page)))
1090             >GENCGC_CARD_BYTES) {
1091             bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1092             more = 1;
1093         }
1094         page_table[first_page].bytes_used = bytes_used;
1095         byte_cnt += bytes_used;
1096
1097
1098         /* All the rest of the pages should be free. We need to set
1099          * their scan_start_offset pointer to the start of the
1100          * region, and set the bytes_used. */
1101         while (more) {
1102             page_table[next_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1103             gc_assert(page_table[next_page].allocated & page_type_flag);
1104             gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1105             gc_assert(page_table[next_page].gen == gc_alloc_generation);
1106             gc_assert(page_table[next_page].large_object == 0);
1107
1108             gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
1109                       void_diff(page_address(next_page),
1110                                 alloc_region->start_addr));
1111
1112             /* Calculate the number of bytes used in this page. */
1113             more = 0;
1114             if ((bytes_used = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1115                                         page_address(next_page)))>GENCGC_CARD_BYTES) {
1116                 bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1117                 more = 1;
1118             }
1119             page_table[next_page].bytes_used = bytes_used;
1120             byte_cnt += bytes_used;
1121
1122             next_page++;
1123         }
1124
1125         region_size = void_diff(alloc_region->free_pointer,
1126                                 alloc_region->start_addr);
1127         bytes_allocated += region_size;
1128         generations[gc_alloc_generation].bytes_allocated += region_size;
1129
1130         gc_assert((byte_cnt- orig_first_page_bytes_used) == region_size);
1131
1132         /* Set the generations alloc restart page to the last page of
1133          * the region. */
1134         set_generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 0, next_page-1);
1135
1136         /* Add the region to the new_areas if requested. */
1137         if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag)
1138             add_new_area(first_page,orig_first_page_bytes_used, region_size);
1139
1140         /*
1141         FSHOW((stderr,
1142                "/gc_alloc_update_page_tables update %d bytes to gen %d\n",
1143                region_size,
1144                gc_alloc_generation));
1145         */
1146     } else {
1147         /* There are no bytes allocated. Unallocate the first_page if
1148          * there are 0 bytes_used. */
1149         page_table[first_page].allocated &= ~(OPEN_REGION_PAGE_FLAG);
1150         if (page_table[first_page].bytes_used == 0)
1151             page_table[first_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1152     }
1153
1154     /* Unallocate any unused pages. */
1155     while (next_page <= alloc_region->last_page) {
1156         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1157         page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1158         next_page++;
1159     }
1160     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1161     gc_assert(ret == 0);
1162
1163     /* alloc_region is per-thread, we're ok to do this unlocked */
1164     gc_set_region_empty(alloc_region);
1165 }
1166
1167 static inline void *gc_quick_alloc(word_t nbytes);
1168
1169 /* Allocate a possibly large object. */
1170 void *
1171 gc_alloc_large(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *alloc_region)
1172 {
1173     boolean more;
1174     page_index_t first_page, next_page, last_page;
1175     page_bytes_t orig_first_page_bytes_used;
1176     os_vm_size_t byte_cnt;
1177     os_vm_size_t bytes_used;
1178     int ret;
1179
1180     ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
1181     gc_assert(ret == 0);
1182
1183     first_page = generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 1);
1184     if (first_page <= alloc_region->last_page) {
1185         first_page = alloc_region->last_page+1;
1186     }
1187
1188     last_page=gc_find_freeish_pages(&first_page,nbytes, page_type_flag);
1189
1190     gc_assert(first_page > alloc_region->last_page);
1191
1192     set_generation_alloc_start_page(gc_alloc_generation, page_type_flag, 1, last_page);
1193
1194     /* Set up the pages. */
1195     orig_first_page_bytes_used = page_table[first_page].bytes_used;
1196
1197     /* If the first page was free then set up the gen, and
1198      * scan_start_offset. */
1199     if (page_table[first_page].bytes_used == 0) {
1200         page_table[first_page].allocated = page_type_flag;
1201         page_table[first_page].gen = gc_alloc_generation;
1202         page_table[first_page].scan_start_offset = 0;
1203         page_table[first_page].large_object = 1;
1204     }
1205
1206     gc_assert(page_table[first_page].allocated == page_type_flag);
1207     gc_assert(page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation);
1208     gc_assert(page_table[first_page].large_object == 1);
1209
1210     byte_cnt = 0;
1211
1212     /* Calc. the number of bytes used in this page. This is not
1213      * always the number of new bytes, unless it was free. */
1214     more = 0;
1215     if ((bytes_used = nbytes+orig_first_page_bytes_used) > GENCGC_CARD_BYTES) {
1216         bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1217         more = 1;
1218     }
1219     page_table[first_page].bytes_used = bytes_used;
1220     byte_cnt += bytes_used;
1221
1222     next_page = first_page+1;
1223
1224     /* All the rest of the pages should be free. We need to set their
1225      * scan_start_offset pointer to the start of the region, and set
1226      * the bytes_used. */
1227     while (more) {
1228         gc_assert(page_free_p(next_page));
1229         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == 0);
1230         page_table[next_page].allocated = page_type_flag;
1231         page_table[next_page].gen = gc_alloc_generation;
1232         page_table[next_page].large_object = 1;
1233
1234         page_table[next_page].scan_start_offset =
1235             npage_bytes(next_page-first_page) - orig_first_page_bytes_used;
1236
1237         /* Calculate the number of bytes used in this page. */
1238         more = 0;
1239         bytes_used=(nbytes+orig_first_page_bytes_used)-byte_cnt;
1240         if (bytes_used > GENCGC_CARD_BYTES) {
1241             bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
1242             more = 1;
1243         }
1244         page_table[next_page].bytes_used = bytes_used;
1245         page_table[next_page].write_protected=0;
1246         page_table[next_page].dont_move=0;
1247         byte_cnt += bytes_used;
1248         next_page++;
1249     }
1250
1251     gc_assert((byte_cnt-orig_first_page_bytes_used) == nbytes);
1252
1253     bytes_allocated += nbytes;
1254     generations[gc_alloc_generation].bytes_allocated += nbytes;
1255
1256     /* Add the region to the new_areas if requested. */
1257     if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag)
1258         add_new_area(first_page,orig_first_page_bytes_used,nbytes);
1259
1260     /* Bump up last_free_page */
1261     if (last_page+1 > last_free_page) {
1262         last_free_page = last_page+1;
1263         set_alloc_pointer((lispobj)(page_address(last_free_page)));
1264     }
1265     ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1266     gc_assert(ret == 0);
1267
1268 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
1269     os_protect(page_address(first_page),
1270                npage_bytes(1+last_page-first_page),
1271                OS_VM_PROT_ALL);
1272 #endif
1273
1274     zero_dirty_pages(first_page, last_page);
1275
1276     return page_address(first_page);
1277 }
1278
1279 static page_index_t gencgc_alloc_start_page = -1;
1280
1281 void
1282 gc_heap_exhausted_error_or_lose (sword_t available, sword_t requested)
1283 {
1284     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
1285     /* Write basic information before doing anything else: if we don't
1286      * call to lisp this is a must, and even if we do there is always
1287      * the danger that we bounce back here before the error has been
1288      * handled, or indeed even printed.
1289      */
1290     report_heap_exhaustion(available, requested, thread);
1291     if (gc_active_p || (available == 0)) {
1292         /* If we are in GC, or totally out of memory there is no way
1293          * to sanely transfer control to the lisp-side of things.
1294          */
1295         lose("Heap exhausted, game over.");
1296     }
1297     else {
1298         /* FIXME: assert free_pages_lock held */
1299         (void)thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
1300 #if !(defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD))
1301         gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(thread));
1302         clear_pseudo_atomic_atomic(thread);
1303         if (get_pseudo_atomic_interrupted(thread))
1304             do_pending_interrupt();
1305 #endif
1306         /* Another issue is that signalling HEAP-EXHAUSTED error leads
1307          * to running user code at arbitrary places, even in a
1308          * WITHOUT-INTERRUPTS which may lead to a deadlock without
1309          * running out of the heap. So at this point all bets are
1310          * off. */
1311         if (SymbolValue(INTERRUPTS_ENABLED,thread) == NIL)
1312             corruption_warning_and_maybe_lose
1313                 ("Signalling HEAP-EXHAUSTED in a WITHOUT-INTERRUPTS.");
1314         funcall2(StaticSymbolFunction(HEAP_EXHAUSTED_ERROR),
1315                  alloc_number(available), alloc_number(requested));
1316         lose("HEAP-EXHAUSTED-ERROR fell through");
1317     }
1318 }
1319
1320 page_index_t
1321 gc_find_freeish_pages(page_index_t *restart_page_ptr, sword_t bytes,
1322                       int page_type_flag)
1323 {
1324     page_index_t most_bytes_found_from = 0, most_bytes_found_to = 0;
1325     page_index_t first_page, last_page, restart_page = *restart_page_ptr;
1326     os_vm_size_t nbytes = bytes;
1327     os_vm_size_t nbytes_goal = nbytes;
1328     os_vm_size_t bytes_found = 0;
1329     os_vm_size_t most_bytes_found = 0;
1330     boolean small_object = nbytes < GENCGC_CARD_BYTES;
1331     /* FIXME: assert(free_pages_lock is held); */
1332
1333     if (nbytes_goal < gencgc_alloc_granularity)
1334         nbytes_goal = gencgc_alloc_granularity;
1335
1336     /* Toggled by gc_and_save for heap compaction, normally -1. */
1337     if (gencgc_alloc_start_page != -1) {
1338         restart_page = gencgc_alloc_start_page;
1339     }
1340
1341     /* FIXME: This is on bytes instead of nbytes pending cleanup of
1342      * long from the interface. */
1343     gc_assert(bytes>=0);
1344     /* Search for a page with at least nbytes of space. We prefer
1345      * not to split small objects on multiple pages, to reduce the
1346      * number of contiguous allocation regions spaning multiple
1347      * pages: this helps avoid excessive conservativism.
1348      *
1349      * For other objects, we guarantee that they start on their own
1350      * page boundary.
1351      */
1352     first_page = restart_page;
1353     while (first_page < page_table_pages) {
1354         bytes_found = 0;
1355         if (page_free_p(first_page)) {
1356                 gc_assert(0 == page_table[first_page].bytes_used);
1357                 bytes_found = GENCGC_CARD_BYTES;
1358         } else if (small_object &&
1359                    (page_table[first_page].allocated == page_type_flag) &&
1360                    (page_table[first_page].large_object == 0) &&
1361                    (page_table[first_page].gen == gc_alloc_generation) &&
1362                    (page_table[first_page].write_protected == 0) &&
1363                    (page_table[first_page].dont_move == 0)) {
1364             bytes_found = GENCGC_CARD_BYTES - page_table[first_page].bytes_used;
1365             if (bytes_found < nbytes) {
1366                 if (bytes_found > most_bytes_found)
1367                     most_bytes_found = bytes_found;
1368                 first_page++;
1369                 continue;
1370             }
1371         } else {
1372             first_page++;
1373             continue;
1374         }
1375
1376         gc_assert(page_table[first_page].write_protected == 0);
1377         for (last_page = first_page+1;
1378              ((last_page < page_table_pages) &&
1379               page_free_p(last_page) &&
1380               (bytes_found < nbytes_goal));
1381              last_page++) {
1382             bytes_found += GENCGC_CARD_BYTES;
1383             gc_assert(0 == page_table[last_page].bytes_used);
1384             gc_assert(0 == page_table[last_page].write_protected);
1385         }
1386
1387         if (bytes_found > most_bytes_found) {
1388             most_bytes_found = bytes_found;
1389             most_bytes_found_from = first_page;
1390             most_bytes_found_to = last_page;
1391         }
1392         if (bytes_found >= nbytes_goal)
1393             break;
1394
1395         first_page = last_page;
1396     }
1397
1398     bytes_found = most_bytes_found;
1399     restart_page = first_page + 1;
1400
1401     /* Check for a failure */
1402     if (bytes_found < nbytes) {
1403         gc_assert(restart_page >= page_table_pages);
1404         gc_heap_exhausted_error_or_lose(most_bytes_found, nbytes);
1405     }
1406
1407     gc_assert(most_bytes_found_to);
1408     *restart_page_ptr = most_bytes_found_from;
1409     return most_bytes_found_to-1;
1410 }
1411
1412 /* Allocate bytes.  All the rest of the special-purpose allocation
1413  * functions will eventually call this  */
1414
1415 void *
1416 gc_alloc_with_region(sword_t nbytes,int page_type_flag, struct alloc_region *my_region,
1417                      int quick_p)
1418 {
1419     void *new_free_pointer;
1420
1421     if (nbytes>=large_object_size)
1422         return gc_alloc_large(nbytes, page_type_flag, my_region);
1423
1424     /* Check whether there is room in the current alloc region. */
1425     new_free_pointer = my_region->free_pointer + nbytes;
1426
1427     /* fprintf(stderr, "alloc %d bytes from %p to %p\n", nbytes,
1428        my_region->free_pointer, new_free_pointer); */
1429
1430     if (new_free_pointer <= my_region->end_addr) {
1431         /* If so then allocate from the current alloc region. */
1432         void *new_obj = my_region->free_pointer;
1433         my_region->free_pointer = new_free_pointer;
1434
1435         /* Unless a `quick' alloc was requested, check whether the
1436            alloc region is almost empty. */
1437         if (!quick_p &&
1438             void_diff(my_region->end_addr,my_region->free_pointer) <= 32) {
1439             /* If so, finished with the current region. */
1440             gc_alloc_update_page_tables(page_type_flag, my_region);
1441             /* Set up a new region. */
1442             gc_alloc_new_region(32 /*bytes*/, page_type_flag, my_region);
1443         }
1444
1445         return((void *)new_obj);
1446     }
1447
1448     /* Else not enough free space in the current region: retry with a
1449      * new region. */
1450
1451     gc_alloc_update_page_tables(page_type_flag, my_region);
1452     gc_alloc_new_region(nbytes, page_type_flag, my_region);
1453     return gc_alloc_with_region(nbytes, page_type_flag, my_region,0);
1454 }
1455
1456 /* these are only used during GC: all allocation from the mutator calls
1457  * alloc() -> gc_alloc_with_region() with the appropriate per-thread
1458  * region */
1459
1460 static inline void *
1461 gc_quick_alloc(word_t nbytes)
1462 {
1463     return gc_general_alloc(nbytes, BOXED_PAGE_FLAG, ALLOC_QUICK);
1464 }
1465
1466 static inline void *
1467 gc_alloc_unboxed(word_t nbytes)
1468 {
1469     return gc_general_alloc(nbytes, UNBOXED_PAGE_FLAG, 0);
1470 }
1471
1472 static inline void *
1473 gc_quick_alloc_unboxed(word_t nbytes)
1474 {
1475     return gc_general_alloc(nbytes, UNBOXED_PAGE_FLAG, ALLOC_QUICK);
1476 }
1477 \f
1478 /* Copy a large object. If the object is in a large object region then
1479  * it is simply promoted, else it is copied. If it's large enough then
1480  * it's copied to a large object region.
1481  *
1482  * Bignums and vectors may have shrunk. If the object is not copied
1483  * the space needs to be reclaimed, and the page_tables corrected. */
1484 static lispobj
1485 general_copy_large_object(lispobj object, word_t nwords, boolean boxedp)
1486 {
1487     int tag;
1488     lispobj *new;
1489     page_index_t first_page;
1490
1491     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1492     gc_assert(from_space_p(object));
1493     gc_assert((nwords & 0x01) == 0);
1494
1495     if ((nwords > 1024*1024) && gencgc_verbose) {
1496         FSHOW((stderr, "/general_copy_large_object: %d bytes\n",
1497                nwords*N_WORD_BYTES));
1498     }
1499
1500     /* Check whether it's a large object. */
1501     first_page = find_page_index((void *)object);
1502     gc_assert(first_page >= 0);
1503
1504     if (page_table[first_page].large_object) {
1505         /* Promote the object. Note: Unboxed objects may have been
1506          * allocated to a BOXED region so it may be necessary to
1507          * change the region to UNBOXED. */
1508         os_vm_size_t remaining_bytes;
1509         os_vm_size_t bytes_freed;
1510         page_index_t next_page;
1511         page_bytes_t old_bytes_used;
1512
1513         /* FIXME: This comment is somewhat stale.
1514          *
1515          * Note: Any page write-protection must be removed, else a
1516          * later scavenge_newspace may incorrectly not scavenge these
1517          * pages. This would not be necessary if they are added to the
1518          * new areas, but let's do it for them all (they'll probably
1519          * be written anyway?). */
1520
1521         gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
1522         next_page = first_page;
1523         remaining_bytes = nwords*N_WORD_BYTES;
1524
1525         while (remaining_bytes > GENCGC_CARD_BYTES) {
1526             gc_assert(page_table[next_page].gen == from_space);
1527             gc_assert(page_table[next_page].large_object);
1528             gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
1529                       npage_bytes(next_page-first_page));
1530             gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
1531             /* Should have been unprotected by unprotect_oldspace()
1532              * for boxed objects, and after promotion unboxed ones
1533              * should not be on protected pages at all. */
1534             gc_assert(!page_table[next_page].write_protected);
1535
1536             if (boxedp)
1537                 gc_assert(page_boxed_p(next_page));
1538             else {
1539                 gc_assert(page_allocated_no_region_p(next_page));
1540                 page_table[next_page].allocated = UNBOXED_PAGE_FLAG;
1541             }
1542             page_table[next_page].gen = new_space;
1543
1544             remaining_bytes -= GENCGC_CARD_BYTES;
1545             next_page++;
1546         }
1547
1548         /* Now only one page remains, but the object may have shrunk so
1549          * there may be more unused pages which will be freed. */
1550
1551         /* Object may have shrunk but shouldn't have grown - check. */
1552         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used >= remaining_bytes);
1553
1554         page_table[next_page].gen = new_space;
1555
1556         if (boxedp)
1557             gc_assert(page_boxed_p(next_page));
1558         else
1559             page_table[next_page].allocated = UNBOXED_PAGE_FLAG;
1560
1561         /* Adjust the bytes_used. */
1562         old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
1563         page_table[next_page].bytes_used = remaining_bytes;
1564
1565         bytes_freed = old_bytes_used - remaining_bytes;
1566
1567         /* Free any remaining pages; needs care. */
1568         next_page++;
1569         while ((old_bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES) &&
1570                (page_table[next_page].gen == from_space) &&
1571                /* FIXME: It is not obvious to me why this is necessary
1572                 * as a loop condition: it seems to me that the
1573                 * scan_start_offset test should be sufficient, but
1574                 * experimentally that is not the case. --NS
1575                 * 2011-11-28 */
1576                (boxedp ?
1577                 page_boxed_p(next_page) :
1578                 page_allocated_no_region_p(next_page)) &&
1579                page_table[next_page].large_object &&
1580                (page_table[next_page].scan_start_offset ==
1581                 npage_bytes(next_page - first_page))) {
1582             /* Checks out OK, free the page. Don't need to both zeroing
1583              * pages as this should have been done before shrinking the
1584              * object. These pages shouldn't be write-protected, even if
1585              * boxed they should be zero filled. */
1586             gc_assert(page_table[next_page].write_protected == 0);
1587
1588             old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
1589             page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
1590             page_table[next_page].bytes_used = 0;
1591             bytes_freed += old_bytes_used;
1592             next_page++;
1593         }
1594
1595         if ((bytes_freed > 0) && gencgc_verbose) {
1596             FSHOW((stderr,
1597                    "/general_copy_large_object bytes_freed=%"OS_VM_SIZE_FMT"\n",
1598                    bytes_freed));
1599         }
1600
1601         generations[from_space].bytes_allocated -= nwords*N_WORD_BYTES
1602             + bytes_freed;
1603         generations[new_space].bytes_allocated += nwords*N_WORD_BYTES;
1604         bytes_allocated -= bytes_freed;
1605
1606         /* Add the region to the new_areas if requested. */
1607         if (boxedp)
1608             add_new_area(first_page,0,nwords*N_WORD_BYTES);
1609
1610         return(object);
1611
1612     } else {
1613         /* Get tag of object. */
1614         tag = lowtag_of(object);
1615
1616         /* Allocate space. */
1617         new = gc_general_alloc(nwords*N_WORD_BYTES,
1618                                (boxedp ? BOXED_PAGE_FLAG : UNBOXED_PAGE_FLAG),
1619                                ALLOC_QUICK);
1620
1621         /* Copy the object. */
1622         memcpy(new,native_pointer(object),nwords*N_WORD_BYTES);
1623
1624         /* Return Lisp pointer of new object. */
1625         return ((lispobj) new) | tag;
1626     }
1627 }
1628
1629 lispobj
1630 copy_large_object(lispobj object, sword_t nwords)
1631 {
1632     return general_copy_large_object(object, nwords, 1);
1633 }
1634
1635 lispobj
1636 copy_large_unboxed_object(lispobj object, sword_t nwords)
1637 {
1638     return general_copy_large_object(object, nwords, 0);
1639 }
1640
1641 /* to copy unboxed objects */
1642 lispobj
1643 copy_unboxed_object(lispobj object, sword_t nwords)
1644 {
1645     return gc_general_copy_object(object, nwords, UNBOXED_PAGE_FLAG);
1646 }
1647 \f
1648
1649 /*
1650  * code and code-related objects
1651  */
1652 /*
1653 static lispobj trans_fun_header(lispobj object);
1654 static lispobj trans_boxed(lispobj object);
1655 */
1656
1657 /* Scan a x86 compiled code object, looking for possible fixups that
1658  * have been missed after a move.
1659  *
1660  * Two types of fixups are needed:
1661  * 1. Absolute fixups to within the code object.
1662  * 2. Relative fixups to outside the code object.
1663  *
1664  * Currently only absolute fixups to the constant vector, or to the
1665  * code area are checked. */
1666 #ifdef LISP_FEATURE_X86
1667 void
1668 sniff_code_object(struct code *code, os_vm_size_t displacement)
1669 {
1670     sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
1671     os_vm_address_t constants_start_addr = NULL, constants_end_addr, p;
1672     os_vm_address_t code_start_addr, code_end_addr;
1673     os_vm_address_t code_addr = (os_vm_address_t)code;
1674     int fixup_found = 0;
1675
1676     if (!check_code_fixups)
1677         return;
1678
1679     FSHOW((stderr, "/sniffing code: %p, %lu\n", code, displacement));
1680
1681     ncode_words = fixnum_value(code->code_size);
1682     nheader_words = HeaderValue(*(lispobj *)code);
1683     nwords = ncode_words + nheader_words;
1684
1685     constants_start_addr = code_addr + 5*N_WORD_BYTES;
1686     constants_end_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1687     code_start_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1688     code_end_addr = code_addr + nwords*N_WORD_BYTES;
1689
1690     /* Work through the unboxed code. */
1691     for (p = code_start_addr; p < code_end_addr; p++) {
1692         void *data = *(void **)p;
1693         unsigned d1 = *((unsigned char *)p - 1);
1694         unsigned d2 = *((unsigned char *)p - 2);
1695         unsigned d3 = *((unsigned char *)p - 3);
1696         unsigned d4 = *((unsigned char *)p - 4);
1697 #if QSHOW
1698         unsigned d5 = *((unsigned char *)p - 5);
1699         unsigned d6 = *((unsigned char *)p - 6);
1700 #endif
1701
1702         /* Check for code references. */
1703         /* Check for a 32 bit word that looks like an absolute
1704            reference to within the code adea of the code object. */
1705         if ((data >= (void*)(code_start_addr-displacement))
1706             && (data < (void*)(code_end_addr-displacement))) {
1707             /* function header */
1708             if ((d4 == 0x5e)
1709                 && (((unsigned)p - 4 - 4*HeaderValue(*((unsigned *)p-1))) ==
1710                     (unsigned)code)) {
1711                 /* Skip the function header */
1712                 p += 6*4 - 4 - 1;
1713                 continue;
1714             }
1715             /* the case of PUSH imm32 */
1716             if (d1 == 0x68) {
1717                 fixup_found = 1;
1718                 FSHOW((stderr,
1719                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1720                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1721                 FSHOW((stderr, "/PUSH $0x%.8x\n", data));
1722             }
1723             /* the case of MOV [reg-8],imm32 */
1724             if ((d3 == 0xc7)
1725                 && (d2==0x40 || d2==0x41 || d2==0x42 || d2==0x43
1726                     || d2==0x45 || d2==0x46 || d2==0x47)
1727                 && (d1 == 0xf8)) {
1728                 fixup_found = 1;
1729                 FSHOW((stderr,
1730                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1731                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1732                 FSHOW((stderr, "/MOV [reg-8],$0x%.8x\n", data));
1733             }
1734             /* the case of LEA reg,[disp32] */
1735             if ((d2 == 0x8d) && ((d1 & 0xc7) == 5)) {
1736                 fixup_found = 1;
1737                 FSHOW((stderr,
1738                        "/code ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1739                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1740                 FSHOW((stderr,"/LEA reg,[$0x%.8x]\n", data));
1741             }
1742         }
1743
1744         /* Check for constant references. */
1745         /* Check for a 32 bit word that looks like an absolute
1746            reference to within the constant vector. Constant references
1747            will be aligned. */
1748         if ((data >= (void*)(constants_start_addr-displacement))
1749             && (data < (void*)(constants_end_addr-displacement))
1750             && (((unsigned)data & 0x3) == 0)) {
1751             /*  Mov eax,m32 */
1752             if (d1 == 0xa1) {
1753                 fixup_found = 1;
1754                 FSHOW((stderr,
1755                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1756                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1757                 FSHOW((stderr,"/MOV eax,0x%.8x\n", data));
1758             }
1759
1760             /*  the case of MOV m32,EAX */
1761             if (d1 == 0xa3) {
1762                 fixup_found = 1;
1763                 FSHOW((stderr,
1764                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1765                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1766                 FSHOW((stderr, "/MOV 0x%.8x,eax\n", data));
1767             }
1768
1769             /* the case of CMP m32,imm32 */
1770             if ((d1 == 0x3d) && (d2 == 0x81)) {
1771                 fixup_found = 1;
1772                 FSHOW((stderr,
1773                        "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1774                        p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1775                 /* XX Check this */
1776                 FSHOW((stderr, "/CMP 0x%.8x,immed32\n", data));
1777             }
1778
1779             /* Check for a mod=00, r/m=101 byte. */
1780             if ((d1 & 0xc7) == 5) {
1781                 /* Cmp m32,reg */
1782                 if (d2 == 0x39) {
1783                     fixup_found = 1;
1784                     FSHOW((stderr,
1785                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1786                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1787                     FSHOW((stderr,"/CMP 0x%.8x,reg\n", data));
1788                 }
1789                 /* the case of CMP reg32,m32 */
1790                 if (d2 == 0x3b) {
1791                     fixup_found = 1;
1792                     FSHOW((stderr,
1793                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1794                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1795                     FSHOW((stderr, "/CMP reg32,0x%.8x\n", data));
1796                 }
1797                 /* the case of MOV m32,reg32 */
1798                 if (d2 == 0x89) {
1799                     fixup_found = 1;
1800                     FSHOW((stderr,
1801                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1802                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1803                     FSHOW((stderr, "/MOV 0x%.8x,reg32\n", data));
1804                 }
1805                 /* the case of MOV reg32,m32 */
1806                 if (d2 == 0x8b) {
1807                     fixup_found = 1;
1808                     FSHOW((stderr,
1809                            "/abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1810                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1811                     FSHOW((stderr, "/MOV reg32,0x%.8x\n", data));
1812                 }
1813                 /* the case of LEA reg32,m32 */
1814                 if (d2 == 0x8d) {
1815                     fixup_found = 1;
1816                     FSHOW((stderr,
1817                            "abs const ref @%x: %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x %.2x (%.8x)\n",
1818                            p, d6, d5, d4, d3, d2, d1, data));
1819                     FSHOW((stderr, "/LEA reg32,0x%.8x\n", data));
1820                 }
1821             }
1822         }
1823     }
1824
1825     /* If anything was found, print some information on the code
1826      * object. */
1827     if (fixup_found) {
1828         FSHOW((stderr,
1829                "/compiled code object at %x: header words = %d, code words = %d\n",
1830                code, nheader_words, ncode_words));
1831         FSHOW((stderr,
1832                "/const start = %x, end = %x\n",
1833                constants_start_addr, constants_end_addr));
1834         FSHOW((stderr,
1835                "/code start = %x, end = %x\n",
1836                code_start_addr, code_end_addr));
1837     }
1838 }
1839 #endif
1840
1841 #ifdef LISP_FEATURE_X86
1842 void
1843 gencgc_apply_code_fixups(struct code *old_code, struct code *new_code)
1844 {
1845     sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
1846     os_vm_address_t constants_start_addr, constants_end_addr;
1847     os_vm_address_t code_start_addr, code_end_addr;
1848     os_vm_address_t code_addr = (os_vm_address_t)new_code;
1849     os_vm_address_t old_addr = (os_vm_address_t)old_code;
1850     os_vm_size_t displacement = code_addr - old_addr;
1851     lispobj fixups = NIL;
1852     struct vector *fixups_vector;
1853
1854     ncode_words = fixnum_value(new_code->code_size);
1855     nheader_words = HeaderValue(*(lispobj *)new_code);
1856     nwords = ncode_words + nheader_words;
1857     /* FSHOW((stderr,
1858              "/compiled code object at %x: header words = %d, code words = %d\n",
1859              new_code, nheader_words, ncode_words)); */
1860     constants_start_addr = code_addr + 5*N_WORD_BYTES;
1861     constants_end_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1862     code_start_addr = code_addr + nheader_words*N_WORD_BYTES;
1863     code_end_addr = code_addr + nwords*N_WORD_BYTES;
1864     /*
1865     FSHOW((stderr,
1866            "/const start = %x, end = %x\n",
1867            constants_start_addr,constants_end_addr));
1868     FSHOW((stderr,
1869            "/code start = %x; end = %x\n",
1870            code_start_addr,code_end_addr));
1871     */
1872
1873     /* The first constant should be a pointer to the fixups for this
1874        code objects. Check. */
1875     fixups = new_code->constants[0];
1876
1877     /* It will be 0 or the unbound-marker if there are no fixups (as
1878      * will be the case if the code object has been purified, for
1879      * example) and will be an other pointer if it is valid. */
1880     if ((fixups == 0) || (fixups == UNBOUND_MARKER_WIDETAG) ||
1881         !is_lisp_pointer(fixups)) {
1882         /* Check for possible errors. */
1883         if (check_code_fixups)
1884             sniff_code_object(new_code, displacement);
1885
1886         return;
1887     }
1888
1889     fixups_vector = (struct vector *)native_pointer(fixups);
1890
1891     /* Could be pointing to a forwarding pointer. */
1892     /* FIXME is this always in from_space?  if so, could replace this code with
1893      * forwarding_pointer_p/forwarding_pointer_value */
1894     if (is_lisp_pointer(fixups) &&
1895         (find_page_index((void*)fixups_vector) != -1) &&
1896         (fixups_vector->header == 0x01)) {
1897         /* If so, then follow it. */
1898         /*SHOW("following pointer to a forwarding pointer");*/
1899         fixups_vector =
1900             (struct vector *)native_pointer((lispobj)fixups_vector->length);
1901     }
1902
1903     /*SHOW("got fixups");*/
1904
1905     if (widetag_of(fixups_vector->header) == SIMPLE_ARRAY_WORD_WIDETAG) {
1906         /* Got the fixups for the code block. Now work through the vector,
1907            and apply a fixup at each address. */
1908         sword_t length = fixnum_value(fixups_vector->length);
1909         sword_t i;
1910         for (i = 0; i < length; i++) {
1911             long offset = fixups_vector->data[i];
1912             /* Now check the current value of offset. */
1913             os_vm_address_t old_value = *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset);
1914
1915             /* If it's within the old_code object then it must be an
1916              * absolute fixup (relative ones are not saved) */
1917             if ((old_value >= old_addr)
1918                 && (old_value < (old_addr + nwords*N_WORD_BYTES)))
1919                 /* So add the dispacement. */
1920                 *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset) =
1921                     old_value + displacement;
1922             else
1923                 /* It is outside the old code object so it must be a
1924                  * relative fixup (absolute fixups are not saved). So
1925                  * subtract the displacement. */
1926                 *(os_vm_address_t *)(code_start_addr + offset) =
1927                     old_value - displacement;
1928         }
1929     } else {
1930         /* This used to just print a note to stderr, but a bogus fixup seems to
1931          * indicate real heap corruption, so a hard hailure is in order. */
1932         lose("fixup vector %p has a bad widetag: %d\n",
1933              fixups_vector, widetag_of(fixups_vector->header));
1934     }
1935
1936     /* Check for possible errors. */
1937     if (check_code_fixups) {
1938         sniff_code_object(new_code,displacement);
1939     }
1940 }
1941 #endif
1942
1943 static lispobj
1944 trans_boxed_large(lispobj object)
1945 {
1946     lispobj header;
1947     uword_t length;
1948
1949     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1950
1951     header = *((lispobj *) native_pointer(object));
1952     length = HeaderValue(header) + 1;
1953     length = CEILING(length, 2);
1954
1955     return copy_large_object(object, length);
1956 }
1957
1958 /* Doesn't seem to be used, delete it after the grace period. */
1959 #if 0
1960 static lispobj
1961 trans_unboxed_large(lispobj object)
1962 {
1963     lispobj header;
1964     uword_t length;
1965
1966     gc_assert(is_lisp_pointer(object));
1967
1968     header = *((lispobj *) native_pointer(object));
1969     length = HeaderValue(header) + 1;
1970     length = CEILING(length, 2);
1971
1972     return copy_large_unboxed_object(object, length);
1973 }
1974 #endif
1975 \f
1976 /*
1977  * weak pointers
1978  */
1979
1980 /* XX This is a hack adapted from cgc.c. These don't work too
1981  * efficiently with the gencgc as a list of the weak pointers is
1982  * maintained within the objects which causes writes to the pages. A
1983  * limited attempt is made to avoid unnecessary writes, but this needs
1984  * a re-think. */
1985 #define WEAK_POINTER_NWORDS \
1986     CEILING((sizeof(struct weak_pointer) / sizeof(lispobj)), 2)
1987
1988 static sword_t
1989 scav_weak_pointer(lispobj *where, lispobj object)
1990 {
1991     /* Since we overwrite the 'next' field, we have to make
1992      * sure not to do so for pointers already in the list.
1993      * Instead of searching the list of weak_pointers each
1994      * time, we ensure that next is always NULL when the weak
1995      * pointer isn't in the list, and not NULL otherwise.
1996      * Since we can't use NULL to denote end of list, we
1997      * use a pointer back to the same weak_pointer.
1998      */
1999     struct weak_pointer * wp = (struct weak_pointer*)where;
2000
2001     if (NULL == wp->next) {
2002         wp->next = weak_pointers;
2003         weak_pointers = wp;
2004         if (NULL == wp->next)
2005             wp->next = wp;
2006     }
2007
2008     /* Do not let GC scavenge the value slot of the weak pointer.
2009      * (That is why it is a weak pointer.) */
2010
2011     return WEAK_POINTER_NWORDS;
2012 }
2013
2014 \f
2015 lispobj *
2016 search_read_only_space(void *pointer)
2017 {
2018     lispobj *start = (lispobj *) READ_ONLY_SPACE_START;
2019     lispobj *end = (lispobj *) SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0);
2020     if ((pointer < (void *)start) || (pointer >= (void *)end))
2021         return NULL;
2022     return (gc_search_space(start,
2023                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2024                             (lispobj *) pointer));
2025 }
2026
2027 lispobj *
2028 search_static_space(void *pointer)
2029 {
2030     lispobj *start = (lispobj *)STATIC_SPACE_START;
2031     lispobj *end = (lispobj *)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0);
2032     if ((pointer < (void *)start) || (pointer >= (void *)end))
2033         return NULL;
2034     return (gc_search_space(start,
2035                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2036                             (lispobj *) pointer));
2037 }
2038
2039 /* a faster version for searching the dynamic space. This will work even
2040  * if the object is in a current allocation region. */
2041 lispobj *
2042 search_dynamic_space(void *pointer)
2043 {
2044     page_index_t page_index = find_page_index(pointer);
2045     lispobj *start;
2046
2047     /* The address may be invalid, so do some checks. */
2048     if ((page_index == -1) || page_free_p(page_index))
2049         return NULL;
2050     start = (lispobj *)page_scan_start(page_index);
2051     return (gc_search_space(start,
2052                             (((lispobj *)pointer)+2)-start,
2053                             (lispobj *)pointer));
2054 }
2055
2056 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2057
2058 /* Is there any possibility that pointer is a valid Lisp object
2059  * reference, and/or something else (e.g. subroutine call return
2060  * address) which should prevent us from moving the referred-to thing?
2061  * This is called from preserve_pointers() */
2062 static int
2063 possibly_valid_dynamic_space_pointer(lispobj *pointer)
2064 {
2065     lispobj *start_addr;
2066
2067     /* Find the object start address. */
2068     if ((start_addr = search_dynamic_space(pointer)) == NULL) {
2069         return 0;
2070     }
2071
2072     return looks_like_valid_lisp_pointer_p(pointer, start_addr);
2073 }
2074
2075 #endif  // defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
2076
2077 static int
2078 valid_conservative_root_p(void *addr, page_index_t addr_page_index)
2079 {
2080 #ifdef GENCGC_IS_PRECISE
2081     /* If we're in precise gencgc (non-x86oid as of this writing) then
2082      * we are only called on valid object pointers in the first place,
2083      * so we just have to do a bounds-check against the heap, a
2084      * generation check, and the already-pinned check. */
2085     if ((addr_page_index == -1)
2086         || (page_table[addr_page_index].gen != from_space)
2087         || (page_table[addr_page_index].dont_move != 0))
2088         return 0;
2089 #else
2090     /* quick check 1: Address is quite likely to have been invalid. */
2091     if ((addr_page_index == -1)
2092         || page_free_p(addr_page_index)
2093         || (page_table[addr_page_index].bytes_used == 0)
2094         || (page_table[addr_page_index].gen != from_space)
2095         /* Skip if already marked dont_move. */
2096         || (page_table[addr_page_index].dont_move != 0))
2097         return 0;
2098     gc_assert(!(page_table[addr_page_index].allocated&OPEN_REGION_PAGE_FLAG));
2099
2100     /* quick check 2: Check the offset within the page.
2101      *
2102      */
2103     if (((uword_t)addr & (GENCGC_CARD_BYTES - 1)) >
2104         page_table[addr_page_index].bytes_used)
2105         return 0;
2106
2107     /* Filter out anything which can't be a pointer to a Lisp object
2108      * (or, as a special case which also requires dont_move, a return
2109      * address referring to something in a CodeObject). This is
2110      * expensive but important, since it vastly reduces the
2111      * probability that random garbage will be bogusly interpreted as
2112      * a pointer which prevents a page from moving. */
2113     if (!(code_page_p(addr_page_index)
2114           || (is_lisp_pointer((lispobj)addr) &&
2115               possibly_valid_dynamic_space_pointer(addr))))
2116         return 0;
2117 #endif
2118
2119     return 1;
2120 }
2121
2122 /* Adjust large bignum and vector objects. This will adjust the
2123  * allocated region if the size has shrunk, and move unboxed objects
2124  * into unboxed pages. The pages are not promoted here, and the
2125  * promoted region is not added to the new_regions; this is really
2126  * only designed to be called from preserve_pointer(). Shouldn't fail
2127  * if this is missed, just may delay the moving of objects to unboxed
2128  * pages, and the freeing of pages. */
2129 static void
2130 maybe_adjust_large_object(lispobj *where)
2131 {
2132     page_index_t first_page;
2133     page_index_t next_page;
2134     sword_t nwords;
2135
2136     uword_t remaining_bytes;
2137     uword_t bytes_freed;
2138     uword_t old_bytes_used;
2139
2140     int boxed;
2141
2142     /* Check whether it's a vector or bignum object. */
2143     switch (widetag_of(where[0])) {
2144     case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
2145         boxed = BOXED_PAGE_FLAG;
2146         break;
2147     case BIGNUM_WIDETAG:
2148     case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
2149 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
2150     case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
2151 #endif
2152     case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
2153     case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
2154     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
2155     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
2156     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
2157     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2158     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
2159     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2160
2161     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
2162
2163     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
2164     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2165 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
2166     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
2167 #endif
2168 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2169     case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2170 #endif
2171 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
2172     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
2173 #endif
2174 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
2175     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
2176 #endif
2177
2178     case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
2179
2180 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
2181     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
2182 #endif
2183 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
2184     case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
2185 #endif
2186     case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2187     case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2188 #ifdef SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG
2189     case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2190 #endif
2191 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
2192     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
2193 #endif
2194 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
2195     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
2196 #endif
2197 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
2198     case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
2199 #endif
2200         boxed = UNBOXED_PAGE_FLAG;
2201         break;
2202     default:
2203         return;
2204     }
2205
2206     /* Find its current size. */
2207     nwords = (sizetab[widetag_of(where[0])])(where);
2208
2209     first_page = find_page_index((void *)where);
2210     gc_assert(first_page >= 0);
2211
2212     /* Note: Any page write-protection must be removed, else a later
2213      * scavenge_newspace may incorrectly not scavenge these pages.
2214      * This would not be necessary if they are added to the new areas,
2215      * but lets do it for them all (they'll probably be written
2216      * anyway?). */
2217
2218     gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(first_page));
2219
2220     next_page = first_page;
2221     remaining_bytes = nwords*N_WORD_BYTES;
2222     while (remaining_bytes > GENCGC_CARD_BYTES) {
2223         gc_assert(page_table[next_page].gen == from_space);
2224         gc_assert(page_allocated_no_region_p(next_page));
2225         gc_assert(page_table[next_page].large_object);
2226         gc_assert(page_table[next_page].scan_start_offset ==
2227                   npage_bytes(next_page-first_page));
2228         gc_assert(page_table[next_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2229
2230         page_table[next_page].allocated = boxed;
2231
2232         /* Shouldn't be write-protected at this stage. Essential that the
2233          * pages aren't. */
2234         gc_assert(!page_table[next_page].write_protected);
2235         remaining_bytes -= GENCGC_CARD_BYTES;
2236         next_page++;
2237     }
2238
2239     /* Now only one page remains, but the object may have shrunk so
2240      * there may be more unused pages which will be freed. */
2241
2242     /* Object may have shrunk but shouldn't have grown - check. */
2243     gc_assert(page_table[next_page].bytes_used >= remaining_bytes);
2244
2245     page_table[next_page].allocated = boxed;
2246     gc_assert(page_table[next_page].allocated ==
2247               page_table[first_page].allocated);
2248
2249     /* Adjust the bytes_used. */
2250     old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2251     page_table[next_page].bytes_used = remaining_bytes;
2252
2253     bytes_freed = old_bytes_used - remaining_bytes;
2254
2255     /* Free any remaining pages; needs care. */
2256     next_page++;
2257     while ((old_bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES) &&
2258            (page_table[next_page].gen == from_space) &&
2259            page_allocated_no_region_p(next_page) &&
2260            page_table[next_page].large_object &&
2261            (page_table[next_page].scan_start_offset ==
2262             npage_bytes(next_page - first_page))) {
2263         /* It checks out OK, free the page. We don't need to both zeroing
2264          * pages as this should have been done before shrinking the
2265          * object. These pages shouldn't be write protected as they
2266          * should be zero filled. */
2267         gc_assert(page_table[next_page].write_protected == 0);
2268
2269         old_bytes_used = page_table[next_page].bytes_used;
2270         page_table[next_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2271         page_table[next_page].bytes_used = 0;
2272         bytes_freed += old_bytes_used;
2273         next_page++;
2274     }
2275
2276     if ((bytes_freed > 0) && gencgc_verbose) {
2277         FSHOW((stderr,
2278                "/maybe_adjust_large_object() freed %d\n",
2279                bytes_freed));
2280     }
2281
2282     generations[from_space].bytes_allocated -= bytes_freed;
2283     bytes_allocated -= bytes_freed;
2284
2285     return;
2286 }
2287
2288 /* Take a possible pointer to a Lisp object and mark its page in the
2289  * page_table so that it will not be relocated during a GC.
2290  *
2291  * This involves locating the page it points to, then backing up to
2292  * the start of its region, then marking all pages dont_move from there
2293  * up to the first page that's not full or has a different generation
2294  *
2295  * It is assumed that all the page static flags have been cleared at
2296  * the start of a GC.
2297  *
2298  * It is also assumed that the current gc_alloc() region has been
2299  * flushed and the tables updated. */
2300
2301 static void
2302 preserve_pointer(void *addr)
2303 {
2304     page_index_t addr_page_index = find_page_index(addr);
2305     page_index_t first_page;
2306     page_index_t i;
2307     unsigned int region_allocation;
2308
2309     if (!valid_conservative_root_p(addr, addr_page_index))
2310         return;
2311
2312     /* (Now that we know that addr_page_index is in range, it's
2313      * safe to index into page_table[] with it.) */
2314     region_allocation = page_table[addr_page_index].allocated;
2315
2316     /* Find the beginning of the region.  Note that there may be
2317      * objects in the region preceding the one that we were passed a
2318      * pointer to: if this is the case, we will write-protect all the
2319      * previous objects' pages too.     */
2320
2321 #if 0
2322     /* I think this'd work just as well, but without the assertions.
2323      * -dan 2004.01.01 */
2324     first_page = find_page_index(page_scan_start(addr_page_index))
2325 #else
2326     first_page = addr_page_index;
2327     while (!page_starts_contiguous_block_p(first_page)) {
2328         --first_page;
2329         /* Do some checks. */
2330         gc_assert(page_table[first_page].bytes_used == GENCGC_CARD_BYTES);
2331         gc_assert(page_table[first_page].gen == from_space);
2332         gc_assert(page_table[first_page].allocated == region_allocation);
2333     }
2334 #endif
2335
2336     /* Adjust any large objects before promotion as they won't be
2337      * copied after promotion. */
2338     if (page_table[first_page].large_object) {
2339         /* Large objects (specifically vectors and bignums) can
2340          * shrink, leaving a "tail" of zeroed space, which appears to
2341          * the filter above as a seris of valid conses, both car and
2342          * cdr of which contain the fixnum zero, but will be
2343          * deallocated when the GC shrinks the large object region to
2344          * fit the object within.  We allow raw pointers within code
2345          * space, but for boxed and unboxed space we do not, nor do
2346          * pointers to within a non-code object appear valid above.  A
2347          * cons cell will never merit allocation to a large object
2348          * page, so pick them off now, before we try to adjust the
2349          * object. */
2350         if ((lowtag_of((lispobj)addr) == LIST_POINTER_LOWTAG) &&
2351             !code_page_p(first_page)) {
2352             return;
2353         }
2354         maybe_adjust_large_object(page_address(first_page));
2355         /* It may have moved to unboxed pages. */
2356         region_allocation = page_table[first_page].allocated;
2357     }
2358
2359     /* Now work forward until the end of this contiguous area is found,
2360      * marking all pages as dont_move. */
2361     for (i = first_page; ;i++) {
2362         gc_assert(page_table[i].allocated == region_allocation);
2363
2364         /* Mark the page static. */
2365         page_table[i].dont_move = 1;
2366
2367         /* It is essential that the pages are not write protected as
2368          * they may have pointers into the old-space which need
2369          * scavenging. They shouldn't be write protected at this
2370          * stage. */
2371         gc_assert(!page_table[i].write_protected);
2372
2373         /* Check whether this is the last page in this contiguous block.. */
2374         if (page_ends_contiguous_block_p(i, from_space))
2375             break;
2376     }
2377
2378     /* Check that the page is now static. */
2379     gc_assert(page_table[addr_page_index].dont_move != 0);
2380 }
2381 \f
2382 /* If the given page is not write-protected, then scan it for pointers
2383  * to younger generations or the top temp. generation, if no
2384  * suspicious pointers are found then the page is write-protected.
2385  *
2386  * Care is taken to check for pointers to the current gc_alloc()
2387  * region if it is a younger generation or the temp. generation. This
2388  * frees the caller from doing a gc_alloc_update_page_tables(). Actually
2389  * the gc_alloc_generation does not need to be checked as this is only
2390  * called from scavenge_generation() when the gc_alloc generation is
2391  * younger, so it just checks if there is a pointer to the current
2392  * region.
2393  *
2394  * We return 1 if the page was write-protected, else 0. */
2395 static int
2396 update_page_write_prot(page_index_t page)
2397 {
2398     generation_index_t gen = page_table[page].gen;
2399     sword_t j;
2400     int wp_it = 1;
2401     void **page_addr = (void **)page_address(page);
2402     sword_t num_words = page_table[page].bytes_used / N_WORD_BYTES;
2403
2404     /* Shouldn't be a free page. */
2405     gc_assert(page_allocated_p(page));
2406     gc_assert(page_table[page].bytes_used != 0);
2407
2408     /* Skip if it's already write-protected, pinned, or unboxed */
2409     if (page_table[page].write_protected
2410         /* FIXME: What's the reason for not write-protecting pinned pages? */
2411         || page_table[page].dont_move
2412         || page_unboxed_p(page))
2413         return (0);
2414
2415     /* Scan the page for pointers to younger generations or the
2416      * top temp. generation. */
2417
2418     for (j = 0; j < num_words; j++) {
2419         void *ptr = *(page_addr+j);
2420         page_index_t index = find_page_index(ptr);
2421
2422         /* Check that it's in the dynamic space */
2423         if (index != -1)
2424             if (/* Does it point to a younger or the temp. generation? */
2425                 (page_allocated_p(index)
2426                  && (page_table[index].bytes_used != 0)
2427                  && ((page_table[index].gen < gen)
2428                      || (page_table[index].gen == SCRATCH_GENERATION)))
2429
2430                 /* Or does it point within a current gc_alloc() region? */
2431                 || ((boxed_region.start_addr <= ptr)
2432                     && (ptr <= boxed_region.free_pointer))
2433                 || ((unboxed_region.start_addr <= ptr)
2434                     && (ptr <= unboxed_region.free_pointer))) {
2435                 wp_it = 0;
2436                 break;
2437             }
2438     }
2439
2440     if (wp_it == 1) {
2441         /* Write-protect the page. */
2442         /*FSHOW((stderr, "/write-protecting page %d gen %d\n", page, gen));*/
2443
2444         os_protect((void *)page_addr,
2445                    GENCGC_CARD_BYTES,
2446                    OS_VM_PROT_READ|OS_VM_PROT_EXECUTE);
2447
2448         /* Note the page as protected in the page tables. */
2449         page_table[page].write_protected = 1;
2450     }
2451
2452     return (wp_it);
2453 }
2454
2455 /* Scavenge all generations from FROM to TO, inclusive, except for
2456  * new_space which needs special handling, as new objects may be
2457  * added which are not checked here - use scavenge_newspace generation.
2458  *
2459  * Write-protected pages should not have any pointers to the
2460  * from_space so do need scavenging; thus write-protected pages are
2461  * not always scavenged. There is some code to check that these pages
2462  * are not written; but to check fully the write-protected pages need
2463  * to be scavenged by disabling the code to skip them.
2464  *
2465  * Under the current scheme when a generation is GCed the younger
2466  * generations will be empty. So, when a generation is being GCed it
2467  * is only necessary to scavenge the older generations for pointers
2468  * not the younger. So a page that does not have pointers to younger
2469  * generations does not need to be scavenged.
2470  *
2471  * The write-protection can be used to note pages that don't have
2472  * pointers to younger pages. But pages can be written without having
2473  * pointers to younger generations. After the pages are scavenged here
2474  * they can be scanned for pointers to younger generations and if
2475  * there are none the page can be write-protected.
2476  *
2477  * One complication is when the newspace is the top temp. generation.
2478  *
2479  * Enabling SC_GEN_CK scavenges the write-protected pages and checks
2480  * that none were written, which they shouldn't be as they should have
2481  * no pointers to younger generations. This breaks down for weak
2482  * pointers as the objects contain a link to the next and are written
2483  * if a weak pointer is scavenged. Still it's a useful check. */
2484 static void
2485 scavenge_generations(generation_index_t from, generation_index_t to)
2486 {
2487     page_index_t i;
2488     page_index_t num_wp = 0;
2489
2490 #define SC_GEN_CK 0
2491 #if SC_GEN_CK
2492     /* Clear the write_protected_cleared flags on all pages. */
2493     for (i = 0; i < page_table_pages; i++)
2494         page_table[i].write_protected_cleared = 0;
2495 #endif
2496
2497     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2498         generation_index_t generation = page_table[i].gen;
2499         if (page_boxed_p(i)
2500             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2501             && (generation != new_space)
2502             && (generation >= from)
2503             && (generation <= to)) {
2504             page_index_t last_page,j;
2505             int write_protected=1;
2506
2507             /* This should be the start of a region */
2508             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
2509
2510             /* Now work forward until the end of the region */
2511             for (last_page = i; ; last_page++) {
2512                 write_protected =
2513                     write_protected && page_table[last_page].write_protected;
2514                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2515                     break;
2516             }
2517             if (!write_protected) {
2518                 scavenge(page_address(i),
2519                          ((uword_t)(page_table[last_page].bytes_used
2520                                           + npage_bytes(last_page-i)))
2521                          /N_WORD_BYTES);
2522
2523                 /* Now scan the pages and write protect those that
2524                  * don't have pointers to younger generations. */
2525                 if (enable_page_protection) {
2526                     for (j = i; j <= last_page; j++) {
2527                         num_wp += update_page_write_prot(j);
2528                     }
2529                 }
2530                 if ((gencgc_verbose > 1) && (num_wp != 0)) {
2531                     FSHOW((stderr,
2532                            "/write protected %d pages within generation %d\n",
2533                            num_wp, generation));
2534                 }
2535             }
2536             i = last_page;
2537         }
2538     }
2539
2540 #if SC_GEN_CK
2541     /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2542      * have been written to. */
2543     for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2544         if (page_allocated_p(i)
2545             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2546             && (page_table[i].gen == generation)
2547             && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)) {
2548             FSHOW((stderr, "/scavenge_generation() %d\n", generation));
2549             FSHOW((stderr,
2550                    "/page bytes_used=%d scan_start_offset=%lu dont_move=%d\n",
2551                     page_table[i].bytes_used,
2552                     page_table[i].scan_start_offset,
2553                     page_table[i].dont_move));
2554             lose("write to protected page %d in scavenge_generation()\n", i);
2555         }
2556     }
2557 #endif
2558 }
2559
2560 \f
2561 /* Scavenge a newspace generation. As it is scavenged new objects may
2562  * be allocated to it; these will also need to be scavenged. This
2563  * repeats until there are no more objects unscavenged in the
2564  * newspace generation.
2565  *
2566  * To help improve the efficiency, areas written are recorded by
2567  * gc_alloc() and only these scavenged. Sometimes a little more will be
2568  * scavenged, but this causes no harm. An easy check is done that the
2569  * scavenged bytes equals the number allocated in the previous
2570  * scavenge.
2571  *
2572  * Write-protected pages are not scanned except if they are marked
2573  * dont_move in which case they may have been promoted and still have
2574  * pointers to the from space.
2575  *
2576  * Write-protected pages could potentially be written by alloc however
2577  * to avoid having to handle re-scavenging of write-protected pages
2578  * gc_alloc() does not write to write-protected pages.
2579  *
2580  * New areas of objects allocated are recorded alternatively in the two
2581  * new_areas arrays below. */
2582 static struct new_area new_areas_1[NUM_NEW_AREAS];
2583 static struct new_area new_areas_2[NUM_NEW_AREAS];
2584
2585 /* Do one full scan of the new space generation. This is not enough to
2586  * complete the job as new objects may be added to the generation in
2587  * the process which are not scavenged. */
2588 static void
2589 scavenge_newspace_generation_one_scan(generation_index_t generation)
2590 {
2591     page_index_t i;
2592
2593     FSHOW((stderr,
2594            "/starting one full scan of newspace generation %d\n",
2595            generation));
2596     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2597         /* Note that this skips over open regions when it encounters them. */
2598         if (page_boxed_p(i)
2599             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2600             && (page_table[i].gen == generation)
2601             && ((page_table[i].write_protected == 0)
2602                 /* (This may be redundant as write_protected is now
2603                  * cleared before promotion.) */
2604                 || (page_table[i].dont_move == 1))) {
2605             page_index_t last_page;
2606             int all_wp=1;
2607
2608             /* The scavenge will start at the scan_start_offset of
2609              * page i.
2610              *
2611              * We need to find the full extent of this contiguous
2612              * block in case objects span pages.
2613              *
2614              * Now work forward until the end of this contiguous area
2615              * is found. A small area is preferred as there is a
2616              * better chance of its pages being write-protected. */
2617             for (last_page = i; ;last_page++) {
2618                 /* If all pages are write-protected and movable,
2619                  * then no need to scavenge */
2620                 all_wp=all_wp && page_table[last_page].write_protected &&
2621                     !page_table[last_page].dont_move;
2622
2623                 /* Check whether this is the last page in this
2624                  * contiguous block */
2625                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
2626                     break;
2627             }
2628
2629             /* Do a limited check for write-protected pages.  */
2630             if (!all_wp) {
2631                 sword_t nwords = (((uword_t)
2632                                (page_table[last_page].bytes_used
2633                                 + npage_bytes(last_page-i)
2634                                 + page_table[i].scan_start_offset))
2635                                / N_WORD_BYTES);
2636                 new_areas_ignore_page = last_page;
2637
2638                 scavenge(page_scan_start(i), nwords);
2639
2640             }
2641             i = last_page;
2642         }
2643     }
2644     FSHOW((stderr,
2645            "/done with one full scan of newspace generation %d\n",
2646            generation));
2647 }
2648
2649 /* Do a complete scavenge of the newspace generation. */
2650 static void
2651 scavenge_newspace_generation(generation_index_t generation)
2652 {
2653     size_t i;
2654
2655     /* the new_areas array currently being written to by gc_alloc() */
2656     struct new_area (*current_new_areas)[] = &new_areas_1;
2657     size_t current_new_areas_index;
2658
2659     /* the new_areas created by the previous scavenge cycle */
2660     struct new_area (*previous_new_areas)[] = NULL;
2661     size_t previous_new_areas_index;
2662
2663     /* Flush the current regions updating the tables. */
2664     gc_alloc_update_all_page_tables();
2665
2666     /* Turn on the recording of new areas by gc_alloc(). */
2667     new_areas = current_new_areas;
2668     new_areas_index = 0;
2669
2670     /* Don't need to record new areas that get scavenged anyway during
2671      * scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2672     record_new_objects = 1;
2673
2674     /* Start with a full scavenge. */
2675     scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2676
2677     /* Record all new areas now. */
2678     record_new_objects = 2;
2679
2680     /* Give a chance to weak hash tables to make other objects live.
2681      * FIXME: The algorithm implemented here for weak hash table gcing
2682      * is O(W^2+N) as Bruno Haible warns in
2683      * http://www.haible.de/bruno/papers/cs/weak/WeakDatastructures-writeup.html
2684      * see "Implementation 2". */
2685     scav_weak_hash_tables();
2686
2687     /* Flush the current regions updating the tables. */
2688     gc_alloc_update_all_page_tables();
2689
2690     /* Grab new_areas_index. */
2691     current_new_areas_index = new_areas_index;
2692
2693     /*FSHOW((stderr,
2694              "The first scan is finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2695              current_new_areas_index));*/
2696
2697     while (current_new_areas_index > 0) {
2698         /* Move the current to the previous new areas */
2699         previous_new_areas = current_new_areas;
2700         previous_new_areas_index = current_new_areas_index;
2701
2702         /* Scavenge all the areas in previous new areas. Any new areas
2703          * allocated are saved in current_new_areas. */
2704
2705         /* Allocate an array for current_new_areas; alternating between
2706          * new_areas_1 and 2 */
2707         if (previous_new_areas == &new_areas_1)
2708             current_new_areas = &new_areas_2;
2709         else
2710             current_new_areas = &new_areas_1;
2711
2712         /* Set up for gc_alloc(). */
2713         new_areas = current_new_areas;
2714         new_areas_index = 0;
2715
2716         /* Check whether previous_new_areas had overflowed. */
2717         if (previous_new_areas_index >= NUM_NEW_AREAS) {
2718
2719             /* New areas of objects allocated have been lost so need to do a
2720              * full scan to be sure! If this becomes a problem try
2721              * increasing NUM_NEW_AREAS. */
2722             if (gencgc_verbose) {
2723                 SHOW("new_areas overflow, doing full scavenge");
2724             }
2725
2726             /* Don't need to record new areas that get scavenged
2727              * anyway during scavenge_newspace_generation_one_scan. */
2728             record_new_objects = 1;
2729
2730             scavenge_newspace_generation_one_scan(generation);
2731
2732             /* Record all new areas now. */
2733             record_new_objects = 2;
2734
2735             scav_weak_hash_tables();
2736
2737             /* Flush the current regions updating the tables. */
2738             gc_alloc_update_all_page_tables();
2739
2740         } else {
2741
2742             /* Work through previous_new_areas. */
2743             for (i = 0; i < previous_new_areas_index; i++) {
2744                 page_index_t page = (*previous_new_areas)[i].page;
2745                 size_t offset = (*previous_new_areas)[i].offset;
2746                 size_t size = (*previous_new_areas)[i].size / N_WORD_BYTES;
2747                 gc_assert((*previous_new_areas)[i].size % N_WORD_BYTES == 0);
2748                 scavenge(page_address(page)+offset, size);
2749             }
2750
2751             scav_weak_hash_tables();
2752
2753             /* Flush the current regions updating the tables. */
2754             gc_alloc_update_all_page_tables();
2755         }
2756
2757         current_new_areas_index = new_areas_index;
2758
2759         /*FSHOW((stderr,
2760                  "The re-scan has finished; current_new_areas_index=%d.\n",
2761                  current_new_areas_index));*/
2762     }
2763
2764     /* Turn off recording of areas allocated by gc_alloc(). */
2765     record_new_objects = 0;
2766
2767 #if SC_NS_GEN_CK
2768     {
2769         page_index_t i;
2770         /* Check that none of the write_protected pages in this generation
2771          * have been written to. */
2772         for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
2773             if (page_allocated_p(i)
2774                 && (page_table[i].bytes_used != 0)
2775                 && (page_table[i].gen == generation)
2776                 && (page_table[i].write_protected_cleared != 0)
2777                 && (page_table[i].dont_move == 0)) {
2778                 lose("write protected page %d written to in scavenge_newspace_generation\ngeneration=%d dont_move=%d\n",
2779                      i, generation, page_table[i].dont_move);
2780             }
2781         }
2782     }
2783 #endif
2784 }
2785 \f
2786 /* Un-write-protect all the pages in from_space. This is done at the
2787  * start of a GC else there may be many page faults while scavenging
2788  * the newspace (I've seen drive the system time to 99%). These pages
2789  * would need to be unprotected anyway before unmapping in
2790  * free_oldspace; not sure what effect this has on paging.. */
2791 static void
2792 unprotect_oldspace(void)
2793 {
2794     page_index_t i;
2795     void *region_addr = 0;
2796     void *page_addr = 0;
2797     uword_t region_bytes = 0;
2798
2799     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
2800         if (page_allocated_p(i)
2801             && (page_table[i].bytes_used != 0)
2802             && (page_table[i].gen == from_space)) {
2803
2804             /* Remove any write-protection. We should be able to rely
2805              * on the write-protect flag to avoid redundant calls. */
2806             if (page_table[i].write_protected) {
2807                 page_table[i].write_protected = 0;
2808                 page_addr = page_address(i);
2809                 if (!region_addr) {
2810                     /* First region. */
2811                     region_addr = page_addr;
2812                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2813                 } else if (region_addr + region_bytes == page_addr) {
2814                     /* Region continue. */
2815                     region_bytes += GENCGC_CARD_BYTES;
2816                 } else {
2817                     /* Unprotect previous region. */
2818                     os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2819                     /* First page in new region. */
2820                     region_addr = page_addr;
2821                     region_bytes = GENCGC_CARD_BYTES;
2822                 }
2823             }
2824         }
2825     }
2826     if (region_addr) {
2827         /* Unprotect last region. */
2828         os_protect(region_addr, region_bytes, OS_VM_PROT_ALL);
2829     }
2830 }
2831
2832 /* Work through all the pages and free any in from_space. This
2833  * assumes that all objects have been copied or promoted to an older
2834  * generation. Bytes_allocated and the generation bytes_allocated
2835  * counter are updated. The number of bytes freed is returned. */
2836 static uword_t
2837 free_oldspace(void)
2838 {
2839     uword_t bytes_freed = 0;
2840     page_index_t first_page, last_page;
2841
2842     first_page = 0;
2843
2844     do {
2845         /* Find a first page for the next region of pages. */
2846         while ((first_page < last_free_page)
2847                && (page_free_p(first_page)
2848                    || (page_table[first_page].bytes_used == 0)
2849                    || (page_table[first_page].gen != from_space)))
2850             first_page++;
2851
2852         if (first_page >= last_free_page)
2853             break;
2854
2855         /* Find the last page of this region. */
2856         last_page = first_page;
2857
2858         do {
2859             /* Free the page. */
2860             bytes_freed += page_table[last_page].bytes_used;
2861             generations[page_table[last_page].gen].bytes_allocated -=
2862                 page_table[last_page].bytes_used;
2863             page_table[last_page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
2864             page_table[last_page].bytes_used = 0;
2865             /* Should already be unprotected by unprotect_oldspace(). */
2866             gc_assert(!page_table[last_page].write_protected);
2867             last_page++;
2868         }
2869         while ((last_page < last_free_page)
2870                && page_allocated_p(last_page)
2871                && (page_table[last_page].bytes_used != 0)
2872                && (page_table[last_page].gen == from_space));
2873
2874 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
2875         os_protect(page_address(first_page),
2876                    npage_bytes(last_page-first_page),
2877                    OS_VM_PROT_NONE);
2878 #endif
2879         first_page = last_page;
2880     } while (first_page < last_free_page);
2881
2882     bytes_allocated -= bytes_freed;
2883     return bytes_freed;
2884 }
2885 \f
2886 #if 0
2887 /* Print some information about a pointer at the given address. */
2888 static void
2889 print_ptr(lispobj *addr)
2890 {
2891     /* If addr is in the dynamic space then out the page information. */
2892     page_index_t pi1 = find_page_index((void*)addr);
2893
2894     if (pi1 != -1)
2895         fprintf(stderr,"  %p: page %d  alloc %d  gen %d  bytes_used %d  offset %lu  dont_move %d\n",
2896                 addr,
2897                 pi1,
2898                 page_table[pi1].allocated,
2899                 page_table[pi1].gen,
2900                 page_table[pi1].bytes_used,
2901                 page_table[pi1].scan_start_offset,
2902                 page_table[pi1].dont_move);
2903     fprintf(stderr,"  %x %x %x %x (%x) %x %x %x %x\n",
2904             *(addr-4),
2905             *(addr-3),
2906             *(addr-2),
2907             *(addr-1),
2908             *(addr-0),
2909             *(addr+1),
2910             *(addr+2),
2911             *(addr+3),
2912             *(addr+4));
2913 }
2914 #endif
2915
2916 static int
2917 is_in_stack_space(lispobj ptr)
2918 {
2919     /* For space verification: Pointers can be valid if they point
2920      * to a thread stack space.  This would be faster if the thread
2921      * structures had page-table entries as if they were part of
2922      * the heap space. */
2923     struct thread *th;
2924     for_each_thread(th) {
2925         if ((th->control_stack_start <= (lispobj *)ptr) &&
2926             (th->control_stack_end >= (lispobj *)ptr)) {
2927             return 1;
2928         }
2929     }
2930     return 0;
2931 }
2932
2933 static void
2934 verify_space(lispobj *start, size_t words)
2935 {
2936     int is_in_dynamic_space = (find_page_index((void*)start) != -1);
2937     int is_in_readonly_space =
2938         (READ_ONLY_SPACE_START <= (uword_t)start &&
2939          (uword_t)start < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2940
2941     while (words > 0) {
2942         size_t count = 1;
2943         lispobj thing = *(lispobj*)start;
2944
2945         if (is_lisp_pointer(thing)) {
2946             page_index_t page_index = find_page_index((void*)thing);
2947             sword_t to_readonly_space =
2948                 (READ_ONLY_SPACE_START <= thing &&
2949                  thing < SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0));
2950             sword_t to_static_space =
2951                 (STATIC_SPACE_START <= thing &&
2952                  thing < SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0));
2953
2954             /* Does it point to the dynamic space? */
2955             if (page_index != -1) {
2956                 /* If it's within the dynamic space it should point to a used
2957                  * page. XX Could check the offset too. */
2958                 if (page_allocated_p(page_index)
2959                     && (page_table[page_index].bytes_used == 0))
2960                     lose ("Ptr %p @ %p sees free page.\n", thing, start);
2961                 /* Check that it doesn't point to a forwarding pointer! */
2962                 if (*((lispobj *)native_pointer(thing)) == 0x01) {
2963                     lose("Ptr %p @ %p sees forwarding ptr.\n", thing, start);
2964                 }
2965                 /* Check that its not in the RO space as it would then be a
2966                  * pointer from the RO to the dynamic space. */
2967                 if (is_in_readonly_space) {
2968                     lose("ptr to dynamic space %p from RO space %x\n",
2969                          thing, start);
2970                 }
2971                 /* Does it point to a plausible object? This check slows
2972                  * it down a lot (so it's commented out).
2973                  *
2974                  * "a lot" is serious: it ate 50 minutes cpu time on
2975                  * my duron 950 before I came back from lunch and
2976                  * killed it.
2977                  *
2978                  *   FIXME: Add a variable to enable this
2979                  * dynamically. */
2980                 /*
2981                 if (!possibly_valid_dynamic_space_pointer((lispobj *)thing)) {
2982                     lose("ptr %p to invalid object %p\n", thing, start);
2983                 }
2984                 */
2985             } else {
2986                 extern void funcallable_instance_tramp;
2987                 /* Verify that it points to another valid space. */
2988                 if (!to_readonly_space && !to_static_space
2989                     && (thing != (lispobj)&funcallable_instance_tramp)
2990                     && !is_in_stack_space(thing)) {
2991                     lose("Ptr %p @ %p sees junk.\n", thing, start);
2992                 }
2993             }
2994         } else {
2995             if (!(fixnump(thing))) {
2996                 /* skip fixnums */
2997                 switch(widetag_of(*start)) {
2998
2999                     /* boxed objects */
3000                 case SIMPLE_VECTOR_WIDETAG:
3001                 case RATIO_WIDETAG:
3002                 case COMPLEX_WIDETAG:
3003                 case SIMPLE_ARRAY_WIDETAG:
3004                 case COMPLEX_BASE_STRING_WIDETAG:
3005 #ifdef COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG
3006                 case COMPLEX_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
3007 #endif
3008                 case COMPLEX_VECTOR_NIL_WIDETAG:
3009                 case COMPLEX_BIT_VECTOR_WIDETAG:
3010                 case COMPLEX_VECTOR_WIDETAG:
3011                 case COMPLEX_ARRAY_WIDETAG:
3012                 case CLOSURE_HEADER_WIDETAG:
3013                 case FUNCALLABLE_INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
3014                 case VALUE_CELL_HEADER_WIDETAG:
3015                 case SYMBOL_HEADER_WIDETAG:
3016                 case CHARACTER_WIDETAG:
3017 #if N_WORD_BITS == 64
3018                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3019 #endif
3020                 case UNBOUND_MARKER_WIDETAG:
3021                 case FDEFN_WIDETAG:
3022                     count = 1;
3023                     break;
3024
3025                 case INSTANCE_HEADER_WIDETAG:
3026                     {
3027                         lispobj nuntagged;
3028                         sword_t ntotal = HeaderValue(thing);
3029                         lispobj layout = ((struct instance *)start)->slots[0];
3030                         if (!layout) {
3031                             count = 1;
3032                             break;
3033                         }
3034                         nuntagged = ((struct layout *)
3035                                      native_pointer(layout))->n_untagged_slots;
3036                         verify_space(start + 1,
3037                                      ntotal - fixnum_value(nuntagged));
3038                         count = ntotal + 1;
3039                         break;
3040                     }
3041                 case CODE_HEADER_WIDETAG:
3042                     {
3043                         lispobj object = *start;
3044                         struct code *code;
3045                         sword_t nheader_words, ncode_words, nwords;
3046                         lispobj fheaderl;
3047                         struct simple_fun *fheaderp;
3048
3049                         code = (struct code *) start;
3050
3051                         /* Check that it's not in the dynamic space.
3052                          * FIXME: Isn't is supposed to be OK for code
3053                          * objects to be in the dynamic space these days? */
3054                         if (is_in_dynamic_space
3055                             /* It's ok if it's byte compiled code. The trace
3056                              * table offset will be a fixnum if it's x86
3057                              * compiled code - check.
3058                              *
3059                              * FIXME: #^#@@! lack of abstraction here..
3060                              * This line can probably go away now that
3061                              * there's no byte compiler, but I've got
3062                              * too much to worry about right now to try
3063                              * to make sure. -- WHN 2001-10-06 */
3064                             && fixnump(code->trace_table_offset)
3065                             /* Only when enabled */
3066                             && verify_dynamic_code_check) {
3067                             FSHOW((stderr,
3068                                    "/code object at %p in the dynamic space\n",
3069                                    start));
3070                         }
3071
3072                         ncode_words = fixnum_value(code->code_size);
3073                         nheader_words = HeaderValue(object);
3074                         nwords = ncode_words + nheader_words;
3075                         nwords = CEILING(nwords, 2);
3076                         /* Scavenge the boxed section of the code data block */
3077                         verify_space(start + 1, nheader_words - 1);
3078
3079                         /* Scavenge the boxed section of each function
3080                          * object in the code data block. */
3081                         fheaderl = code->entry_points;
3082                         while (fheaderl != NIL) {
3083                             fheaderp =
3084                                 (struct simple_fun *) native_pointer(fheaderl);
3085                             gc_assert(widetag_of(fheaderp->header) ==
3086                                       SIMPLE_FUN_HEADER_WIDETAG);
3087                             verify_space(&fheaderp->name, 1);
3088                             verify_space(&fheaderp->arglist, 1);
3089                             verify_space(&fheaderp->type, 1);
3090                             fheaderl = fheaderp->next;
3091                         }
3092                         count = nwords;
3093                         break;
3094                     }
3095
3096                     /* unboxed objects */
3097                 case BIGNUM_WIDETAG:
3098 #if N_WORD_BITS != 64
3099                 case SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3100 #endif
3101                 case DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3102 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3103                 case LONG_FLOAT_WIDETAG:
3104 #endif
3105 #ifdef COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3106                 case COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3107 #endif
3108 #ifdef COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3109                 case COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3110 #endif
3111 #ifdef COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3112                 case COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3113 #endif
3114 #ifdef SIMD_PACK_WIDETAG
3115                 case SIMD_PACK_WIDETAG:
3116 #endif
3117                 case SIMPLE_BASE_STRING_WIDETAG:
3118 #ifdef SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG
3119                 case SIMPLE_CHARACTER_STRING_WIDETAG:
3120 #endif
3121                 case SIMPLE_BIT_VECTOR_WIDETAG:
3122                 case SIMPLE_ARRAY_NIL_WIDETAG:
3123                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_2_WIDETAG:
3124                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_4_WIDETAG:
3125                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_7_WIDETAG:
3126                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3127                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_15_WIDETAG:
3128                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3129
3130                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_FIXNUM_WIDETAG:
3131
3132                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_31_WIDETAG:
3133                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3134 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG
3135                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_63_WIDETAG:
3136 #endif
3137 #ifdef SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3138                 case SIMPLE_ARRAY_UNSIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3139 #endif
3140 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG
3141                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_8_WIDETAG:
3142 #endif
3143 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG
3144                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_16_WIDETAG:
3145 #endif
3146
3147                 case SIMPLE_ARRAY_FIXNUM_WIDETAG:
3148
3149 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG
3150                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_32_WIDETAG:
3151 #endif
3152 #ifdef SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG
3153                 case SIMPLE_ARRAY_SIGNED_BYTE_64_WIDETAG:
3154 #endif
3155                 case SIMPLE_ARRAY_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3156                 case SIMPLE_ARRAY_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3157 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3158                 case SIMPLE_ARRAY_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3159 #endif
3160 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG
3161                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_SINGLE_FLOAT_WIDETAG:
3162 #endif
3163 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG
3164                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_DOUBLE_FLOAT_WIDETAG:
3165 #endif
3166 #ifdef SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG
3167                 case SIMPLE_ARRAY_COMPLEX_LONG_FLOAT_WIDETAG:
3168 #endif
3169                 case SAP_WIDETAG:
3170                 case WEAK_POINTER_WIDETAG:
3171 #ifdef NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG
3172                 case NO_TLS_VALUE_MARKER_WIDETAG:
3173 #endif
3174                     count = (sizetab[widetag_of(*start)])(start);
3175                     break;
3176
3177                 default:
3178                     lose("Unhandled widetag %p at %p\n",
3179                          widetag_of(*start), start);
3180                 }
3181             }
3182         }
3183         start += count;
3184         words -= count;
3185     }
3186 }
3187
3188 static void
3189 verify_gc(void)
3190 {
3191     /* FIXME: It would be nice to make names consistent so that
3192      * foo_size meant size *in* *bytes* instead of size in some
3193      * arbitrary units. (Yes, this caused a bug, how did you guess?:-)
3194      * Some counts of lispobjs are called foo_count; it might be good
3195      * to grep for all foo_size and rename the appropriate ones to
3196      * foo_count. */
3197     sword_t read_only_space_size =
3198         (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER,0)
3199         - (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3200     sword_t static_space_size =
3201         (lispobj*)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0)
3202         - (lispobj*)STATIC_SPACE_START;
3203     struct thread *th;
3204     for_each_thread(th) {
3205     sword_t binding_stack_size =
3206         (lispobj*)get_binding_stack_pointer(th)
3207             - (lispobj*)th->binding_stack_start;
3208         verify_space(th->binding_stack_start, binding_stack_size);
3209     }
3210     verify_space((lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3211     verify_space((lispobj*)STATIC_SPACE_START   , static_space_size);
3212 }
3213
3214 static void
3215 verify_generation(generation_index_t generation)
3216 {
3217     page_index_t i;
3218
3219     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3220         if (page_allocated_p(i)
3221             && (page_table[i].bytes_used != 0)
3222             && (page_table[i].gen == generation)) {
3223             page_index_t last_page;
3224
3225             /* This should be the start of a contiguous block */
3226             gc_assert(page_starts_contiguous_block_p(i));
3227
3228             /* Need to find the full extent of this contiguous block in case
3229                objects span pages. */
3230
3231             /* Now work forward until the end of this contiguous area is
3232                found. */
3233             for (last_page = i; ;last_page++)
3234                 /* Check whether this is the last page in this contiguous
3235                  * block. */
3236                 if (page_ends_contiguous_block_p(last_page, generation))
3237                     break;
3238
3239             verify_space(page_address(i),
3240                          ((uword_t)
3241                           (page_table[last_page].bytes_used
3242                            + npage_bytes(last_page-i)))
3243                          / N_WORD_BYTES);
3244             i = last_page;
3245         }
3246     }
3247 }
3248
3249 /* Check that all the free space is zero filled. */
3250 static void
3251 verify_zero_fill(void)
3252 {
3253     page_index_t page;
3254
3255     for (page = 0; page < last_free_page; page++) {
3256         if (page_free_p(page)) {
3257             /* The whole page should be zero filled. */
3258             sword_t *start_addr = (sword_t *)page_address(page);
3259             sword_t size = 1024;
3260             sword_t i;
3261             for (i = 0; i < size; i++) {
3262                 if (start_addr[i] != 0) {
3263                     lose("free page not zero at %x\n", start_addr + i);
3264                 }
3265             }
3266         } else {
3267             sword_t free_bytes = GENCGC_CARD_BYTES - page_table[page].bytes_used;
3268             if (free_bytes > 0) {
3269                 sword_t *start_addr = (sword_t *)((uword_t)page_address(page)
3270                                           + page_table[page].bytes_used);
3271                 sword_t size = free_bytes / N_WORD_BYTES;
3272                 sword_t i;
3273                 for (i = 0; i < size; i++) {
3274                     if (start_addr[i] != 0) {
3275                         lose("free region not zero at %x\n", start_addr + i);
3276                     }
3277                 }
3278             }
3279         }
3280     }
3281 }
3282
3283 /* External entry point for verify_zero_fill */
3284 void
3285 gencgc_verify_zero_fill(void)
3286 {
3287     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3288     gc_alloc_update_all_page_tables();
3289     SHOW("verifying zero fill");
3290     verify_zero_fill();
3291 }
3292
3293 static void
3294 verify_dynamic_space(void)
3295 {
3296     generation_index_t i;
3297
3298     for (i = 0; i <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION; i++)
3299         verify_generation(i);
3300
3301     if (gencgc_enable_verify_zero_fill)
3302         verify_zero_fill();
3303 }
3304 \f
3305 /* Write-protect all the dynamic boxed pages in the given generation. */
3306 static void
3307 write_protect_generation_pages(generation_index_t generation)
3308 {
3309     page_index_t start;
3310
3311     gc_assert(generation < SCRATCH_GENERATION);
3312
3313     for (start = 0; start < last_free_page; start++) {
3314         if (protect_page_p(start, generation)) {
3315             void *page_start;
3316             page_index_t last;
3317
3318             /* Note the page as protected in the page tables. */
3319             page_table[start].write_protected = 1;
3320
3321             for (last = start + 1; last < last_free_page; last++) {
3322                 if (!protect_page_p(last, generation))
3323                   break;
3324                 page_table[last].write_protected = 1;
3325             }
3326
3327             page_start = (void *)page_address(start);
3328
3329             os_protect(page_start,
3330                        npage_bytes(last - start),
3331                        OS_VM_PROT_READ | OS_VM_PROT_EXECUTE);
3332
3333             start = last;
3334         }
3335     }
3336
3337     if (gencgc_verbose > 1) {
3338         FSHOW((stderr,
3339                "/write protected %d of %d pages in generation %d\n",
3340                count_write_protect_generation_pages(generation),
3341                count_generation_pages(generation),
3342                generation));
3343     }
3344 }
3345
3346 #if defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD) && (defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64))
3347 static void
3348 preserve_context_registers (os_context_t *c)
3349 {
3350     void **ptr;
3351     /* On Darwin the signal context isn't a contiguous block of memory,
3352      * so just preserve_pointering its contents won't be sufficient.
3353      */
3354 #if defined(LISP_FEATURE_DARWIN)||defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3355 #if defined LISP_FEATURE_X86
3356     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EAX));
3357     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ECX));
3358     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDX));
3359     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EBX));
3360     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_ESI));
3361     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_EDI));
3362     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3363 #elif defined LISP_FEATURE_X86_64
3364     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RAX));
3365     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RCX));
3366     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDX));
3367     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RBX));
3368     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RSI));
3369     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_RDI));
3370     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R8));
3371     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R9));
3372     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R10));
3373     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R11));
3374     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R12));
3375     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R13));
3376     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R14));
3377     preserve_pointer((void*)*os_context_register_addr(c,reg_R15));
3378     preserve_pointer((void*)*os_context_pc_addr(c));
3379 #else
3380     #error "preserve_context_registers needs to be tweaked for non-x86 Darwin"
3381 #endif
3382 #endif
3383 #if !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
3384     for(ptr = ((void **)(c+1))-1; ptr>=(void **)c; ptr--) {
3385         preserve_pointer(*ptr);
3386     }
3387 #endif
3388 }
3389 #endif
3390
3391 static void
3392 move_pinned_pages_to_newspace()
3393 {
3394     page_index_t i;
3395
3396     /* scavenge() will evacuate all oldspace pages, but no newspace
3397      * pages.  Pinned pages are precisely those pages which must not
3398      * be evacuated, so move them to newspace directly. */
3399
3400     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
3401         if (page_table[i].dont_move &&
3402             /* dont_move is cleared lazily, so validate the space as well. */
3403             page_table[i].gen == from_space) {
3404             page_table[i].gen = new_space;
3405             /* And since we're moving the pages wholesale, also adjust
3406              * the generation allocation counters. */
3407             generations[new_space].bytes_allocated += page_table[i].bytes_used;
3408             generations[from_space].bytes_allocated -= page_table[i].bytes_used;
3409         }
3410     }
3411 }
3412
3413 /* Garbage collect a generation. If raise is 0 then the remains of the
3414  * generation are not raised to the next generation. */
3415 static void
3416 garbage_collect_generation(generation_index_t generation, int raise)
3417 {
3418     uword_t bytes_freed;
3419     page_index_t i;
3420     uword_t static_space_size;
3421     struct thread *th;
3422
3423     gc_assert(generation <= HIGHEST_NORMAL_GENERATION);
3424
3425     /* The oldest generation can't be raised. */
3426     gc_assert((generation != HIGHEST_NORMAL_GENERATION) || (raise == 0));
3427
3428     /* Check if weak hash tables were processed in the previous GC. */
3429     gc_assert(weak_hash_tables == NULL);
3430
3431     /* Initialize the weak pointer list. */
3432     weak_pointers = NULL;
3433
3434     /* When a generation is not being raised it is transported to a
3435      * temporary generation (NUM_GENERATIONS), and lowered when
3436      * done. Set up this new generation. There should be no pages
3437      * allocated to it yet. */
3438     if (!raise) {
3439          gc_assert(generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated == 0);
3440     }
3441
3442     /* Set the global src and dest. generations */
3443     from_space = generation;
3444     if (raise)
3445         new_space = generation+1;
3446     else
3447         new_space = SCRATCH_GENERATION;
3448
3449     /* Change to a new space for allocation, resetting the alloc_start_page */
3450     gc_alloc_generation = new_space;
3451     generations[new_space].alloc_start_page = 0;
3452     generations[new_space].alloc_unboxed_start_page = 0;
3453     generations[new_space].alloc_large_start_page = 0;
3454     generations[new_space].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3455
3456     /* Before any pointers are preserved, the dont_move flags on the
3457      * pages need to be cleared. */
3458     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3459         if(page_table[i].gen==from_space)
3460             page_table[i].dont_move = 0;
3461
3462     /* Un-write-protect the old-space pages. This is essential for the
3463      * promoted pages as they may contain pointers into the old-space
3464      * which need to be scavenged. It also helps avoid unnecessary page
3465      * faults as forwarding pointers are written into them. They need to
3466      * be un-protected anyway before unmapping later. */
3467     unprotect_oldspace();
3468
3469     /* Scavenge the stacks' conservative roots. */
3470
3471     /* there are potentially two stacks for each thread: the main
3472      * stack, which may contain Lisp pointers, and the alternate stack.
3473      * We don't ever run Lisp code on the altstack, but it may
3474      * host a sigcontext with lisp objects in it */
3475
3476     /* what we need to do: (1) find the stack pointer for the main
3477      * stack; scavenge it (2) find the interrupt context on the
3478      * alternate stack that might contain lisp values, and scavenge
3479      * that */
3480
3481     /* we assume that none of the preceding applies to the thread that
3482      * initiates GC.  If you ever call GC from inside an altstack
3483      * handler, you will lose. */
3484
3485 #if defined(LISP_FEATURE_X86) || defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3486     /* And if we're saving a core, there's no point in being conservative. */
3487     if (conservative_stack) {
3488         for_each_thread(th) {
3489             void **ptr;
3490             void **esp=(void **)-1;
3491             if (th->state == STATE_DEAD)
3492                 continue;
3493 # if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
3494             /* Conservative collect_garbage is always invoked with a
3495              * foreign C call or an interrupt handler on top of every
3496              * existing thread, so the stored SP in each thread
3497              * structure is valid, no matter which thread we are looking
3498              * at.  For threads that were running Lisp code, the pitstop
3499              * and edge functions maintain this value within the
3500              * interrupt or exception handler. */
3501             esp = os_get_csp(th);
3502             assert_on_stack(th, esp);
3503
3504             /* In addition to pointers on the stack, also preserve the
3505              * return PC, the only value from the context that we need
3506              * in addition to the SP.  The return PC gets saved by the
3507              * foreign call wrapper, and removed from the control stack
3508              * into a register. */
3509             preserve_pointer(th->pc_around_foreign_call);
3510
3511             /* And on platforms with interrupts: scavenge ctx registers. */
3512
3513             /* Disabled on Windows, because it does not have an explicit
3514              * stack of `interrupt_contexts'.  The reported CSP has been
3515              * chosen so that the current context on the stack is
3516              * covered by the stack scan.  See also set_csp_from_context(). */
3517 #  ifndef LISP_FEATURE_WIN32
3518             if (th != arch_os_get_current_thread()) {
3519                 long k = fixnum_value(
3520                     SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3521                 while (k > 0)
3522                     preserve_context_registers(th->interrupt_contexts[--k]);
3523             }
3524 #  endif
3525 # elif defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD)
3526             sword_t i,free;
3527             if(th==arch_os_get_current_thread()) {
3528                 /* Somebody is going to burn in hell for this, but casting
3529                  * it in two steps shuts gcc up about strict aliasing. */
3530                 esp = (void **)((void *)&raise);
3531             } else {
3532                 void **esp1;
3533                 free=fixnum_value(SymbolValue(FREE_INTERRUPT_CONTEXT_INDEX,th));
3534                 for(i=free-1;i>=0;i--) {
3535                     os_context_t *c=th->interrupt_contexts[i];
3536                     esp1 = (void **) *os_context_register_addr(c,reg_SP);
3537                     if (esp1>=(void **)th->control_stack_start &&
3538                         esp1<(void **)th->control_stack_end) {
3539                         if(esp1<esp) esp=esp1;
3540                         preserve_context_registers(c);
3541                     }
3542                 }
3543             }
3544 # else
3545             esp = (void **)((void *)&raise);
3546 # endif
3547             if (!esp || esp == (void*) -1)
3548                 lose("garbage_collect: no SP known for thread %x (OS %x)",
3549                      th, th->os_thread);
3550             for (ptr = ((void **)th->control_stack_end)-1; ptr >= esp;  ptr--) {
3551                 preserve_pointer(*ptr);
3552             }
3553         }
3554     }
3555 #else
3556     /* Non-x86oid systems don't have "conservative roots" as such, but
3557      * the same mechanism is used for objects pinned for use by alien
3558      * code. */
3559     for_each_thread(th) {
3560         lispobj pin_list = SymbolTlValue(PINNED_OBJECTS,th);
3561         while (pin_list != NIL) {
3562             struct cons *list_entry =
3563                 (struct cons *)native_pointer(pin_list);
3564             preserve_pointer(list_entry->car);
3565             pin_list = list_entry->cdr;
3566         }
3567     }
3568 #endif
3569
3570 #if QSHOW
3571     if (gencgc_verbose > 1) {
3572         sword_t num_dont_move_pages = count_dont_move_pages();
3573         fprintf(stderr,
3574                 "/non-movable pages due to conservative pointers = %d (%d bytes)\n",
3575                 num_dont_move_pages,
3576                 npage_bytes(num_dont_move_pages));
3577     }
3578 #endif
3579
3580     /* Now that all of the pinned (dont_move) pages are known, and
3581      * before we start to scavenge (and thus relocate) objects,
3582      * relocate the pinned pages to newspace, so that the scavenger
3583      * will not attempt to relocate their contents. */
3584     move_pinned_pages_to_newspace();
3585
3586     /* Scavenge all the rest of the roots. */
3587
3588 #if !defined(LISP_FEATURE_X86) && !defined(LISP_FEATURE_X86_64)
3589     /*
3590      * If not x86, we need to scavenge the interrupt context(s) and the
3591      * control stack.
3592      */
3593     {
3594         struct thread *th;
3595         for_each_thread(th) {
3596             scavenge_interrupt_contexts(th);
3597             scavenge_control_stack(th);
3598         }
3599
3600 # ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
3601         /* In this case, scrub all stacks right here from the GCing thread
3602          * instead of doing what the comment below says.  Suboptimal, but
3603          * easier. */
3604         for_each_thread(th)
3605             scrub_thread_control_stack(th);
3606 # else
3607         /* Scrub the unscavenged control stack space, so that we can't run
3608          * into any stale pointers in a later GC (this is done by the
3609          * stop-for-gc handler in the other threads). */
3610         scrub_control_stack();
3611 # endif
3612     }
3613 #endif
3614
3615     /* Scavenge the Lisp functions of the interrupt handlers, taking
3616      * care to avoid SIG_DFL and SIG_IGN. */
3617     for (i = 0; i < NSIG; i++) {
3618         union interrupt_handler handler = interrupt_handlers[i];
3619         if (!ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_IGN) &&
3620             !ARE_SAME_HANDLER(handler.c, SIG_DFL)) {
3621             scavenge((lispobj *)(interrupt_handlers + i), 1);
3622         }
3623     }
3624     /* Scavenge the binding stacks. */
3625     {
3626         struct thread *th;
3627         for_each_thread(th) {
3628             sword_t len= (lispobj *)get_binding_stack_pointer(th) -
3629                 th->binding_stack_start;
3630             scavenge((lispobj *) th->binding_stack_start,len);
3631 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
3632             /* do the tls as well */
3633             len=(SymbolValue(FREE_TLS_INDEX,0) >> WORD_SHIFT) -
3634                 (sizeof (struct thread))/(sizeof (lispobj));
3635             scavenge((lispobj *) (th+1),len);
3636 #endif
3637         }
3638     }
3639
3640     /* The original CMU CL code had scavenge-read-only-space code
3641      * controlled by the Lisp-level variable
3642      * *SCAVENGE-READ-ONLY-SPACE*. It was disabled by default, and it
3643      * wasn't documented under what circumstances it was useful or
3644      * safe to turn it on, so it's been turned off in SBCL. If you
3645      * want/need this functionality, and can test and document it,
3646      * please submit a patch. */
3647 #if 0
3648     if (SymbolValue(SCAVENGE_READ_ONLY_SPACE) != NIL) {
3649         uword_t read_only_space_size =
3650             (lispobj*)SymbolValue(READ_ONLY_SPACE_FREE_POINTER) -
3651             (lispobj*)READ_ONLY_SPACE_START;
3652         FSHOW((stderr,
3653                "/scavenge read only space: %d bytes\n",
3654                read_only_space_size * sizeof(lispobj)));
3655         scavenge( (lispobj *) READ_ONLY_SPACE_START, read_only_space_size);
3656     }
3657 #endif
3658
3659     /* Scavenge static space. */
3660     static_space_size =
3661         (lispobj *)SymbolValue(STATIC_SPACE_FREE_POINTER,0) -
3662         (lispobj *)STATIC_SPACE_START;
3663     if (gencgc_verbose > 1) {
3664         FSHOW((stderr,
3665                "/scavenge static space: %d bytes\n",
3666                static_space_size * sizeof(lispobj)));
3667     }
3668     scavenge( (lispobj *) STATIC_SPACE_START, static_space_size);
3669
3670     /* All generations but the generation being GCed need to be
3671      * scavenged. The new_space generation needs special handling as
3672      * objects may be moved in - it is handled separately below. */
3673     scavenge_generations(generation+1, PSEUDO_STATIC_GENERATION);
3674
3675     /* Finally scavenge the new_space generation. Keep going until no
3676      * more objects are moved into the new generation */
3677     scavenge_newspace_generation(new_space);
3678
3679     /* FIXME: I tried reenabling this check when debugging unrelated
3680      * GC weirdness ca. sbcl-0.6.12.45, and it failed immediately.
3681      * Since the current GC code seems to work well, I'm guessing that
3682      * this debugging code is just stale, but I haven't tried to
3683      * figure it out. It should be figured out and then either made to
3684      * work or just deleted. */
3685 #define RESCAN_CHECK 0
3686 #if RESCAN_CHECK
3687     /* As a check re-scavenge the newspace once; no new objects should
3688      * be found. */
3689     {
3690         os_vm_size_t old_bytes_allocated = bytes_allocated;
3691         os_vm_size_t bytes_allocated;
3692
3693         /* Start with a full scavenge. */
3694         scavenge_newspace_generation_one_scan(new_space);
3695
3696         /* Flush the current regions, updating the tables. */
3697         gc_alloc_update_all_page_tables();
3698
3699         bytes_allocated = bytes_allocated - old_bytes_allocated;
3700
3701         if (bytes_allocated != 0) {
3702             lose("Rescan of new_space allocated %d more bytes.\n",
3703                  bytes_allocated);
3704         }
3705     }
3706 #endif
3707
3708     scan_weak_hash_tables();
3709     scan_weak_pointers();
3710
3711     /* Flush the current regions, updating the tables. */
3712     gc_alloc_update_all_page_tables();
3713
3714     /* Free the pages in oldspace, but not those marked dont_move. */
3715     bytes_freed = free_oldspace();
3716
3717     /* If the GC is not raising the age then lower the generation back
3718      * to its normal generation number */
3719     if (!raise) {
3720         for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3721             if ((page_table[i].bytes_used != 0)
3722                 && (page_table[i].gen == SCRATCH_GENERATION))
3723                 page_table[i].gen = generation;
3724         gc_assert(generations[generation].bytes_allocated == 0);
3725         generations[generation].bytes_allocated =
3726             generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated;
3727         generations[SCRATCH_GENERATION].bytes_allocated = 0;
3728     }
3729
3730     /* Reset the alloc_start_page for generation. */
3731     generations[generation].alloc_start_page = 0;
3732     generations[generation].alloc_unboxed_start_page = 0;
3733     generations[generation].alloc_large_start_page = 0;
3734     generations[generation].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
3735
3736     if (generation >= verify_gens) {
3737         if (gencgc_verbose) {
3738             SHOW("verifying");
3739         }
3740         verify_gc();
3741         verify_dynamic_space();
3742     }
3743
3744     /* Set the new gc trigger for the GCed generation. */
3745     generations[generation].gc_trigger =
3746         generations[generation].bytes_allocated
3747         + generations[generation].bytes_consed_between_gc;
3748
3749     if (raise)
3750         generations[generation].num_gc = 0;
3751     else
3752         ++generations[generation].num_gc;
3753
3754 }
3755
3756 /* Update last_free_page, then SymbolValue(ALLOCATION_POINTER). */
3757 sword_t
3758 update_dynamic_space_free_pointer(void)
3759 {
3760     page_index_t last_page = -1, i;
3761
3762     for (i = 0; i < last_free_page; i++)
3763         if (page_allocated_p(i) && (page_table[i].bytes_used != 0))
3764             last_page = i;
3765
3766     last_free_page = last_page+1;
3767
3768     set_alloc_pointer((lispobj)(page_address(last_free_page)));
3769     return 0; /* dummy value: return something ... */
3770 }
3771
3772 static void
3773 remap_page_range (page_index_t from, page_index_t to)
3774 {
3775     /* There's a mysterious Solaris/x86 problem with using mmap
3776      * tricks for memory zeroing. See sbcl-devel thread
3777      * "Re: patch: standalone executable redux".
3778      */
3779 #if defined(LISP_FEATURE_SUNOS)
3780     zero_and_mark_pages(from, to);
3781 #else
3782     const page_index_t
3783             release_granularity = gencgc_release_granularity/GENCGC_CARD_BYTES,
3784                    release_mask = release_granularity-1,
3785                             end = to+1,
3786                    aligned_from = (from+release_mask)&~release_mask,
3787                     aligned_end = (end&~release_mask);
3788
3789     if (aligned_from < aligned_end) {
3790         zero_pages_with_mmap(aligned_from, aligned_end-1);
3791         if (aligned_from != from)
3792             zero_and_mark_pages(from, aligned_from-1);
3793         if (aligned_end != end)
3794             zero_and_mark_pages(aligned_end, end-1);
3795     } else {
3796         zero_and_mark_pages(from, to);
3797     }
3798 #endif
3799 }
3800
3801 static void
3802 remap_free_pages (page_index_t from, page_index_t to, int forcibly)
3803 {
3804     page_index_t first_page, last_page;
3805
3806     if (forcibly)
3807         return remap_page_range(from, to);
3808
3809     for (first_page = from; first_page <= to; first_page++) {
3810         if (page_allocated_p(first_page) ||
3811             (page_table[first_page].need_to_zero == 0))
3812             continue;
3813
3814         last_page = first_page + 1;
3815         while (page_free_p(last_page) &&
3816                (last_page <= to) &&
3817                (page_table[last_page].need_to_zero == 1))
3818             last_page++;
3819
3820         remap_page_range(first_page, last_page-1);
3821
3822         first_page = last_page;
3823     }
3824 }
3825
3826 generation_index_t small_generation_limit = 1;
3827
3828 /* GC all generations newer than last_gen, raising the objects in each
3829  * to the next older generation - we finish when all generations below
3830  * last_gen are empty.  Then if last_gen is due for a GC, or if
3831  * last_gen==NUM_GENERATIONS (the scratch generation?  eh?) we GC that
3832  * too.  The valid range for last_gen is: 0,1,...,NUM_GENERATIONS.
3833  *
3834  * We stop collecting at gencgc_oldest_gen_to_gc, even if this is less than
3835  * last_gen (oh, and note that by default it is NUM_GENERATIONS-1) */
3836 void
3837 collect_garbage(generation_index_t last_gen)
3838 {
3839     generation_index_t gen = 0, i;
3840     int raise, more = 0;
3841     int gen_to_wp;
3842     /* The largest value of last_free_page seen since the time
3843      * remap_free_pages was called. */
3844     static page_index_t high_water_mark = 0;
3845
3846     FSHOW((stderr, "/entering collect_garbage(%d)\n", last_gen));
3847     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC Start ===");
3848
3849     gc_active_p = 1;
3850
3851     if (last_gen > HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1) {
3852         FSHOW((stderr,
3853                "/collect_garbage: last_gen = %d, doing a level 0 GC\n",
3854                last_gen));
3855         last_gen = 0;
3856     }
3857
3858     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
3859     gc_alloc_update_all_page_tables();
3860
3861     /* Verify the new objects created by Lisp code. */
3862     if (pre_verify_gen_0) {
3863         FSHOW((stderr, "pre-checking generation 0\n"));
3864         verify_generation(0);
3865     }
3866
3867     if (gencgc_verbose > 1)
3868         print_generation_stats();
3869
3870     do {
3871         /* Collect the generation. */
3872
3873         if (more || (gen >= gencgc_oldest_gen_to_gc)) {
3874             /* Never raise the oldest generation. Never raise the extra generation
3875              * collected due to more-flag. */
3876             raise = 0;
3877             more = 0;
3878         } else {
3879             raise =
3880                 (gen < last_gen)
3881                 || (generations[gen].num_gc >= generations[gen].number_of_gcs_before_promotion);
3882             /* If we would not normally raise this one, but we're
3883              * running low on space in comparison to the object-sizes
3884              * we've been seeing, raise it and collect the next one
3885              * too. */
3886             if (!raise && gen == last_gen) {
3887                 more = (2*large_allocation) >= (dynamic_space_size - bytes_allocated);
3888                 raise = more;
3889             }
3890         }
3891
3892         if (gencgc_verbose > 1) {
3893             FSHOW((stderr,
3894                    "starting GC of generation %d with raise=%d alloc=%d trig=%d GCs=%d\n",
3895                    gen,
3896                    raise,
3897                    generations[gen].bytes_allocated,
3898                    generations[gen].gc_trigger,
3899                    generations[gen].num_gc));
3900         }
3901
3902         /* If an older generation is being filled, then update its
3903          * memory age. */
3904         if (raise == 1) {
3905             generations[gen+1].cum_sum_bytes_allocated +=
3906                 generations[gen+1].bytes_allocated;
3907         }
3908
3909         garbage_collect_generation(gen, raise);
3910
3911         /* Reset the memory age cum_sum. */
3912         generations[gen].cum_sum_bytes_allocated = 0;
3913
3914         if (gencgc_verbose > 1) {
3915             FSHOW((stderr, "GC of generation %d finished:\n", gen));
3916             print_generation_stats();
3917         }
3918
3919         gen++;
3920     } while ((gen <= gencgc_oldest_gen_to_gc)
3921              && ((gen < last_gen)
3922                  || more
3923                  || (raise
3924                      && (generations[gen].bytes_allocated
3925                          > generations[gen].gc_trigger)
3926                      && (generation_average_age(gen)
3927                          > generations[gen].minimum_age_before_gc))));
3928
3929     /* Now if gen-1 was raised all generations before gen are empty.
3930      * If it wasn't raised then all generations before gen-1 are empty.
3931      *
3932      * Now objects within this gen's pages cannot point to younger
3933      * generations unless they are written to. This can be exploited
3934      * by write-protecting the pages of gen; then when younger
3935      * generations are GCed only the pages which have been written
3936      * need scanning. */
3937     if (raise)
3938         gen_to_wp = gen;
3939     else
3940         gen_to_wp = gen - 1;
3941
3942     /* There's not much point in WPing pages in generation 0 as it is
3943      * never scavenged (except promoted pages). */
3944     if ((gen_to_wp > 0) && enable_page_protection) {
3945         /* Check that they are all empty. */
3946         for (i = 0; i < gen_to_wp; i++) {
3947             if (generations[i].bytes_allocated)
3948                 lose("trying to write-protect gen. %d when gen. %d nonempty\n",
3949                      gen_to_wp, i);
3950         }
3951         write_protect_generation_pages(gen_to_wp);
3952     }
3953
3954     /* Set gc_alloc() back to generation 0. The current regions should
3955      * be flushed after the above GCs. */
3956     gc_assert((boxed_region.free_pointer - boxed_region.start_addr) == 0);
3957     gc_alloc_generation = 0;
3958
3959     /* Save the high-water mark before updating last_free_page */
3960     if (last_free_page > high_water_mark)
3961         high_water_mark = last_free_page;
3962
3963     update_dynamic_space_free_pointer();
3964
3965     /* Update auto_gc_trigger. Make sure we trigger the next GC before
3966      * running out of heap! */
3967     if (bytes_consed_between_gcs <= (dynamic_space_size - bytes_allocated))
3968         auto_gc_trigger = bytes_allocated + bytes_consed_between_gcs;
3969     else
3970         auto_gc_trigger = bytes_allocated + (dynamic_space_size - bytes_allocated)/2;
3971
3972     if(gencgc_verbose)
3973         fprintf(stderr,"Next gc when %"OS_VM_SIZE_FMT" bytes have been consed\n",
3974                 auto_gc_trigger);
3975
3976     /* If we did a big GC (arbitrarily defined as gen > 1), release memory
3977      * back to the OS.
3978      */
3979     if (gen > small_generation_limit) {
3980         if (last_free_page > high_water_mark)
3981             high_water_mark = last_free_page;
3982         remap_free_pages(0, high_water_mark, 0);
3983         high_water_mark = 0;
3984     }
3985
3986     gc_active_p = 0;
3987     large_allocation = 0;
3988
3989     log_generation_stats(gc_logfile, "=== GC End ===");
3990     SHOW("returning from collect_garbage");
3991 }
3992
3993 /* This is called by Lisp PURIFY when it is finished. All live objects
3994  * will have been moved to the RO and Static heaps. The dynamic space
3995  * will need a full re-initialization. We don't bother having Lisp
3996  * PURIFY flush the current gc_alloc() region, as the page_tables are
3997  * re-initialized, and every page is zeroed to be sure. */
3998 void
3999 gc_free_heap(void)
4000 {
4001     page_index_t page, last_page;
4002
4003     if (gencgc_verbose > 1) {
4004         SHOW("entering gc_free_heap");
4005     }
4006
4007     for (page = 0; page < page_table_pages; page++) {
4008         /* Skip free pages which should already be zero filled. */
4009         if (page_allocated_p(page)) {
4010             void *page_start;
4011             for (last_page = page;
4012                  (last_page < page_table_pages) && page_allocated_p(last_page);
4013                  last_page++) {
4014                 /* Mark the page free. The other slots are assumed invalid
4015                  * when it is a FREE_PAGE_FLAG and bytes_used is 0 and it
4016                  * should not be write-protected -- except that the
4017                  * generation is used for the current region but it sets
4018                  * that up. */
4019                 page_table[page].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
4020                 page_table[page].bytes_used = 0;
4021                 page_table[page].write_protected = 0;
4022             }
4023
4024 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32 /* Pages already zeroed on win32? Not sure
4025                             * about this change. */
4026             page_start = (void *)page_address(page);
4027             os_protect(page_start, npage_bytes(last_page-page), OS_VM_PROT_ALL);
4028             remap_free_pages(page, last_page-1, 1);
4029             page = last_page-1;
4030 #endif
4031         } else if (gencgc_zero_check_during_free_heap) {
4032             /* Double-check that the page is zero filled. */
4033             sword_t *page_start;
4034             page_index_t i;
4035             gc_assert(page_free_p(page));
4036             gc_assert(page_table[page].bytes_used == 0);
4037             page_start = (sword_t *)page_address(page);
4038             for (i=0; i<GENCGC_CARD_BYTES/sizeof(sword_t); i++) {
4039                 if (page_start[i] != 0) {
4040                     lose("free region not zero at %x\n", page_start + i);
4041                 }
4042             }
4043         }
4044     }
4045
4046     bytes_allocated = 0;
4047
4048     /* Initialize the generations. */
4049     for (page = 0; page < NUM_GENERATIONS; page++) {
4050         generations[page].alloc_start_page = 0;
4051         generations[page].alloc_unboxed_start_page = 0;
4052         generations[page].alloc_large_start_page = 0;
4053         generations[page].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4054         generations[page].bytes_allocated = 0;
4055         generations[page].gc_trigger = 2000000;
4056         generations[page].num_gc = 0;
4057         generations[page].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4058     }
4059
4060     if (gencgc_verbose > 1)
4061         print_generation_stats();
4062
4063     /* Initialize gc_alloc(). */
4064     gc_alloc_generation = 0;
4065
4066     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4067     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4068
4069     last_free_page = 0;
4070     set_alloc_pointer((lispobj)((char *)heap_base));
4071
4072     if (verify_after_free_heap) {
4073         /* Check whether purify has left any bad pointers. */
4074         FSHOW((stderr, "checking after free_heap\n"));
4075         verify_gc();
4076     }
4077 }
4078 \f
4079 void
4080 gc_init(void)
4081 {
4082     page_index_t i;
4083
4084 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT)
4085     alloc_gc_page();
4086 #endif
4087
4088     /* Compute the number of pages needed for the dynamic space.
4089      * Dynamic space size should be aligned on page size. */
4090     page_table_pages = dynamic_space_size/GENCGC_CARD_BYTES;
4091     gc_assert(dynamic_space_size == npage_bytes(page_table_pages));
4092
4093     /* Default nursery size to 5% of the total dynamic space size,
4094      * min 1Mb. */
4095     bytes_consed_between_gcs = dynamic_space_size/(os_vm_size_t)20;
4096     if (bytes_consed_between_gcs < (1024*1024))
4097         bytes_consed_between_gcs = 1024*1024;
4098
4099     /* The page_table must be allocated using "calloc" to initialize
4100      * the page structures correctly. There used to be a separate
4101      * initialization loop (now commented out; see below) but that was
4102      * unnecessary and did hurt startup time. */
4103     page_table = calloc(page_table_pages, sizeof(struct page));
4104     gc_assert(page_table);
4105
4106     gc_init_tables();
4107     scavtab[WEAK_POINTER_WIDETAG] = scav_weak_pointer;
4108     transother[SIMPLE_ARRAY_WIDETAG] = trans_boxed_large;
4109
4110     heap_base = (void*)DYNAMIC_SPACE_START;
4111
4112     /* The page structures are initialized implicitly when page_table
4113      * is allocated with "calloc" above. Formerly we had the following
4114      * explicit initialization here (comments converted to C99 style
4115      * for readability as C's block comments don't nest):
4116      *
4117      * // Initialize each page structure.
4118      * for (i = 0; i < page_table_pages; i++) {
4119      *     // Initialize all pages as free.
4120      *     page_table[i].allocated = FREE_PAGE_FLAG;
4121      *     page_table[i].bytes_used = 0;
4122      *
4123      *     // Pages are not write-protected at startup.
4124      *     page_table[i].write_protected = 0;
4125      * }
4126      *
4127      * Without this loop the image starts up much faster when dynamic
4128      * space is large -- which it is on 64-bit platforms already by
4129      * default -- and when "calloc" for large arrays is implemented
4130      * using copy-on-write of a page of zeroes -- which it is at least
4131      * on Linux. In this case the pages that page_table_pages is stored
4132      * in are mapped and cleared not before the corresponding part of
4133      * dynamic space is used. For example, this saves clearing 16 MB of
4134      * memory at startup if the page size is 4 KB and the size of
4135      * dynamic space is 4 GB.
4136      * FREE_PAGE_FLAG must be 0 for this to work correctly which is
4137      * asserted below: */
4138     {
4139       /* Compile time assertion: If triggered, declares an array
4140        * of dimension -1 forcing a syntax error. The intent of the
4141        * assignment is to avoid an "unused variable" warning. */
4142       char assert_free_page_flag_0[(FREE_PAGE_FLAG) ? -1 : 1];
4143       assert_free_page_flag_0[0] = assert_free_page_flag_0[0];
4144     }
4145
4146     bytes_allocated = 0;
4147
4148     /* Initialize the generations.
4149      *
4150      * FIXME: very similar to code in gc_free_heap(), should be shared */
4151     for (i = 0; i < NUM_GENERATIONS; i++) {
4152         generations[i].alloc_start_page = 0;
4153         generations[i].alloc_unboxed_start_page = 0;
4154         generations[i].alloc_large_start_page = 0;
4155         generations[i].alloc_large_unboxed_start_page = 0;
4156         generations[i].bytes_allocated = 0;
4157         generations[i].gc_trigger = 2000000;
4158         generations[i].num_gc = 0;
4159         generations[i].cum_sum_bytes_allocated = 0;
4160         /* the tune-able parameters */
4161         generations[i].bytes_consed_between_gc
4162             = bytes_consed_between_gcs/(os_vm_size_t)HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4163         generations[i].number_of_gcs_before_promotion = 1;
4164         generations[i].minimum_age_before_gc = 0.75;
4165     }
4166
4167     /* Initialize gc_alloc. */
4168     gc_alloc_generation = 0;
4169     gc_set_region_empty(&boxed_region);
4170     gc_set_region_empty(&unboxed_region);
4171
4172     last_free_page = 0;
4173 }
4174
4175 /*  Pick up the dynamic space from after a core load.
4176  *
4177  *  The ALLOCATION_POINTER points to the end of the dynamic space.
4178  */
4179
4180 static void
4181 gencgc_pickup_dynamic(void)
4182 {
4183     page_index_t page = 0;
4184     void *alloc_ptr = (void *)get_alloc_pointer();
4185     lispobj *prev=(lispobj *)page_address(page);
4186     generation_index_t gen = PSEUDO_STATIC_GENERATION;
4187
4188     bytes_allocated = 0;
4189
4190     do {
4191         lispobj *first,*ptr= (lispobj *)page_address(page);
4192
4193         if (!gencgc_partial_pickup || page_allocated_p(page)) {
4194           /* It is possible, though rare, for the saved page table
4195            * to contain free pages below alloc_ptr. */
4196           page_table[page].gen = gen;
4197           page_table[page].bytes_used = GENCGC_CARD_BYTES;
4198           page_table[page].large_object = 0;
4199           page_table[page].write_protected = 0;
4200           page_table[page].write_protected_cleared = 0;
4201           page_table[page].dont_move = 0;
4202           page_table[page].need_to_zero = 1;
4203
4204           bytes_allocated += GENCGC_CARD_BYTES;
4205         }
4206
4207         if (!gencgc_partial_pickup) {
4208             page_table[page].allocated = BOXED_PAGE_FLAG;
4209             first=gc_search_space(prev,(ptr+2)-prev,ptr);
4210             if(ptr == first)
4211                 prev=ptr;
4212             page_table[page].scan_start_offset =
4213                 page_address(page) - (void *)prev;
4214         }
4215         page++;
4216     } while (page_address(page) < alloc_ptr);
4217
4218     last_free_page = page;
4219
4220     generations[gen].bytes_allocated = bytes_allocated;
4221
4222     gc_alloc_update_all_page_tables();
4223     write_protect_generation_pages(gen);
4224 }
4225
4226 void
4227 gc_initialize_pointers(void)
4228 {
4229     gencgc_pickup_dynamic();
4230 }
4231 \f
4232
4233 /* alloc(..) is the external interface for memory allocation. It
4234  * allocates to generation 0. It is not called from within the garbage
4235  * collector as it is only external uses that need the check for heap
4236  * size (GC trigger) and to disable the interrupts (interrupts are
4237  * always disabled during a GC).
4238  *
4239  * The vops that call alloc(..) assume that the returned space is zero-filled.
4240  * (E.g. the most significant word of a 2-word bignum in MOVE-FROM-UNSIGNED.)
4241  *
4242  * The check for a GC trigger is only performed when the current
4243  * region is full, so in most cases it's not needed. */
4244
4245 static inline lispobj *
4246 general_alloc_internal(sword_t nbytes, int page_type_flag, struct alloc_region *region,
4247                        struct thread *thread)
4248 {
4249 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4250     lispobj alloc_signal;
4251 #endif
4252     void *new_obj;
4253     void *new_free_pointer;
4254     os_vm_size_t trigger_bytes = 0;
4255
4256     gc_assert(nbytes>0);
4257
4258     /* Check for alignment allocation problems. */
4259     gc_assert((((uword_t)region->free_pointer & LOWTAG_MASK) == 0)
4260               && ((nbytes & LOWTAG_MASK) == 0));
4261
4262 #if !(defined(LISP_FEATURE_WIN32) && defined(LISP_FEATURE_SB_THREAD))
4263     /* Must be inside a PA section. */
4264     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(thread));
4265 #endif
4266
4267     if (nbytes > large_allocation)
4268         large_allocation = nbytes;
4269
4270     /* maybe we can do this quickly ... */
4271     new_free_pointer = region->free_pointer + nbytes;
4272     if (new_free_pointer <= region->end_addr) {
4273         new_obj = (void*)(region->free_pointer);
4274         region->free_pointer = new_free_pointer;
4275         return(new_obj);        /* yup */
4276     }
4277
4278     /* We don't want to count nbytes against auto_gc_trigger unless we
4279      * have to: it speeds up the tenuring of objects and slows down
4280      * allocation. However, unless we do so when allocating _very_
4281      * large objects we are in danger of exhausting the heap without
4282      * running sufficient GCs.
4283      */
4284     if (nbytes >= bytes_consed_between_gcs)
4285         trigger_bytes = nbytes;
4286
4287     /* we have to go the long way around, it seems. Check whether we
4288      * should GC in the near future
4289      */
4290     if (auto_gc_trigger && (bytes_allocated+trigger_bytes > auto_gc_trigger)) {
4291         /* Don't flood the system with interrupts if the need to gc is
4292          * already noted. This can happen for example when SUB-GC
4293          * allocates or after a gc triggered in a WITHOUT-GCING. */
4294         if (SymbolValue(GC_PENDING,thread) == NIL) {
4295             /* set things up so that GC happens when we finish the PA
4296              * section */
4297             SetSymbolValue(GC_PENDING,T,thread);
4298             if (SymbolValue(GC_INHIBIT,thread) == NIL) {
4299 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT
4300                 thread_register_gc_trigger();
4301 #else
4302                 set_pseudo_atomic_interrupted(thread);
4303 #ifdef GENCGC_IS_PRECISE
4304                 /* PPC calls alloc() from a trap or from pa_alloc(),
4305                  * look up the most context if it's from a trap. */
4306                 {
4307                     os_context_t *context =
4308                         thread->interrupt_data->allocation_trap_context;
4309                     maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables
4310                         (context ? os_context_sigmask_addr(context) : NULL);
4311                 }
4312 #else
4313                 maybe_save_gc_mask_and_block_deferrables(NULL);
4314 #endif
4315 #endif
4316             }
4317         }
4318     }
4319     new_obj = gc_alloc_with_region(nbytes, page_type_flag, region, 0);
4320
4321 #ifndef LISP_FEATURE_WIN32
4322     /* for sb-prof, and not supported on Windows yet */
4323     alloc_signal = SymbolValue(ALLOC_SIGNAL,thread);
4324     if ((alloc_signal & FIXNUM_TAG_MASK) == 0) {
4325         if ((sword_t) alloc_signal <= 0) {
4326             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL, T, thread);
4327             raise(SIGPROF);
4328         } else {
4329             SetSymbolValue(ALLOC_SIGNAL,
4330                            alloc_signal - (1 << N_FIXNUM_TAG_BITS),
4331                            thread);
4332         }
4333     }
4334 #endif
4335
4336     return (new_obj);
4337 }
4338
4339 lispobj *
4340 general_alloc(sword_t nbytes, int page_type_flag)
4341 {
4342     struct thread *thread = arch_os_get_current_thread();
4343     /* Select correct region, and call general_alloc_internal with it.
4344      * For other then boxed allocation we must lock first, since the
4345      * region is shared. */
4346     if (BOXED_PAGE_FLAG & page_type_flag) {
4347 #ifdef LISP_FEATURE_SB_THREAD
4348         struct alloc_region *region = (thread ? &(thread->alloc_region) : &boxed_region);
4349 #else
4350         struct alloc_region *region = &boxed_region;
4351 #endif
4352         return general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, region, thread);
4353     } else if (UNBOXED_PAGE_FLAG == page_type_flag) {
4354         lispobj * obj;
4355         gc_assert(0 == thread_mutex_lock(&allocation_lock));
4356         obj = general_alloc_internal(nbytes, page_type_flag, &unboxed_region, thread);
4357         gc_assert(0 == thread_mutex_unlock(&allocation_lock));
4358         return obj;
4359     } else {
4360         lose("bad page type flag: %d", page_type_flag);
4361     }
4362 }
4363
4364 lispobj AMD64_SYSV_ABI *
4365 alloc(long nbytes)
4366 {
4367 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4368     struct thread *self = arch_os_get_current_thread();
4369     int was_pseudo_atomic = get_pseudo_atomic_atomic(self);
4370     if (!was_pseudo_atomic)
4371         set_pseudo_atomic_atomic(self);
4372 #else
4373     gc_assert(get_pseudo_atomic_atomic(arch_os_get_current_thread()));
4374 #endif
4375
4376     lispobj *result = general_alloc(nbytes, BOXED_PAGE_FLAG);
4377
4378 #ifdef LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY
4379     if (!was_pseudo_atomic)
4380         clear_pseudo_atomic_atomic(self);
4381 #endif
4382
4383     return result;
4384 }
4385 \f
4386 /*
4387  * shared support for the OS-dependent signal handlers which
4388  * catch GENCGC-related write-protect violations
4389  */
4390 void unhandled_sigmemoryfault(void* addr);
4391
4392 /* Depending on which OS we're running under, different signals might
4393  * be raised for a violation of write protection in the heap. This
4394  * function factors out the common generational GC magic which needs
4395  * to invoked in this case, and should be called from whatever signal
4396  * handler is appropriate for the OS we're running under.
4397  *
4398  * Return true if this signal is a normal generational GC thing that
4399  * we were able to handle, or false if it was abnormal and control
4400  * should fall through to the general SIGSEGV/SIGBUS/whatever logic.
4401  *
4402  * We have two control flags for this: one causes us to ignore faults
4403  * on unprotected pages completely, and the second complains to stderr
4404  * but allows us to continue without losing.
4405  */
4406 extern boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages;
4407 boolean ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages = 0;
4408
4409 extern boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages;
4410 boolean continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages = 0;
4411
4412 int
4413 gencgc_handle_wp_violation(void* fault_addr)
4414 {
4415     page_index_t page_index = find_page_index(fault_addr);
4416
4417 #if QSHOW_SIGNALS
4418     FSHOW((stderr, "heap WP violation? fault_addr=%x, page_index=%d\n",
4419            fault_addr, page_index));
4420 #endif
4421
4422     /* Check whether the fault is within the dynamic space. */
4423     if (page_index == (-1)) {
4424
4425         /* It can be helpful to be able to put a breakpoint on this
4426          * case to help diagnose low-level problems. */
4427         unhandled_sigmemoryfault(fault_addr);
4428
4429         /* not within the dynamic space -- not our responsibility */
4430         return 0;
4431
4432     } else {
4433         int ret;
4434         ret = thread_mutex_lock(&free_pages_lock);
4435         gc_assert(ret == 0);
4436         if (page_table[page_index].write_protected) {
4437             /* Unprotect the page. */
4438             os_protect(page_address(page_index), GENCGC_CARD_BYTES, OS_VM_PROT_ALL);
4439             page_table[page_index].write_protected_cleared = 1;
4440             page_table[page_index].write_protected = 0;
4441         } else if (!ignore_memoryfaults_on_unprotected_pages) {
4442             /* The only acceptable reason for this signal on a heap
4443              * access is that GENCGC write-protected the page.
4444              * However, if two CPUs hit a wp page near-simultaneously,
4445              * we had better not have the second one lose here if it
4446              * does this test after the first one has already set wp=0
4447              */
4448             if(page_table[page_index].write_protected_cleared != 1) {
4449                 void lisp_backtrace(int frames);
4450                 lisp_backtrace(10);
4451                 fprintf(stderr,
4452                         "Fault @ %p, page %"PAGE_INDEX_FMT" not marked as write-protected:\n"
4453                         "  boxed_region.first_page: %"PAGE_INDEX_FMT","
4454                         "  boxed_region.last_page %"PAGE_INDEX_FMT"\n"
4455                         "  page.scan_start_offset: %"OS_VM_SIZE_FMT"\n"
4456                         "  page.bytes_used: %"PAGE_BYTES_FMT"\n"
4457                         "  page.allocated: %d\n"
4458                         "  page.write_protected: %d\n"
4459                         "  page.write_protected_cleared: %d\n"
4460                         "  page.generation: %d\n",
4461                         fault_addr,
4462                         page_index,
4463                         boxed_region.first_page,
4464                         boxed_region.last_page,
4465                         page_table[page_index].scan_start_offset,
4466                         page_table[page_index].bytes_used,
4467                         page_table[page_index].allocated,
4468                         page_table[page_index].write_protected,
4469                         page_table[page_index].write_protected_cleared,
4470                         page_table[page_index].gen);
4471                 if (!continue_after_memoryfault_on_unprotected_pages)
4472                     lose("Feh.\n");
4473             }
4474         }
4475         ret = thread_mutex_unlock(&free_pages_lock);
4476         gc_assert(ret == 0);
4477         /* Don't worry, we can handle it. */
4478         return 1;
4479     }
4480 }
4481 /* This is to be called when we catch a SIGSEGV/SIGBUS, determine that
4482  * it's not just a case of the program hitting the write barrier, and
4483  * are about to let Lisp deal with it. It's basically just a
4484  * convenient place to set a gdb breakpoint. */
4485 void
4486 unhandled_sigmemoryfault(void *addr)
4487 {}
4488
4489 void gc_alloc_update_all_page_tables(void)
4490 {
4491     /* Flush the alloc regions updating the tables. */
4492     struct thread *th;
4493     for_each_thread(th) {
4494         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->alloc_region);
4495 #if defined(LISP_FEATURE_SB_SAFEPOINT_STRICTLY) && !defined(LISP_FEATURE_WIN32)
4496         gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &th->sprof_alloc_region);
4497 #endif
4498     }
4499     gc_alloc_update_page_tables(UNBOXED_PAGE_FLAG, &unboxed_region);
4500     gc_alloc_update_page_tables(BOXED_PAGE_FLAG, &boxed_region);
4501 }
4502
4503 void
4504 gc_set_region_empty(struct alloc_region *region)
4505 {
4506     region->first_page = 0;
4507     region->last_page = -1;
4508     region->start_addr = page_address(0);
4509     region->free_pointer = page_address(0);
4510     region->end_addr = page_address(0);
4511 }
4512
4513 static void
4514 zero_all_free_pages()
4515 {
4516     page_index_t i;
4517
4518     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4519         if (page_free_p(i)) {
4520 #ifdef READ_PROTECT_FREE_PAGES
4521             os_protect(page_address(i),
4522                        GENCGC_CARD_BYTES,
4523                        OS_VM_PROT_ALL);
4524 #endif
4525             zero_pages(i, i);
4526         }
4527     }
4528 }
4529
4530 /* Things to do before doing a final GC before saving a core (without
4531  * purify).
4532  *
4533  * + Pages in large_object pages aren't moved by the GC, so we need to
4534  *   unset that flag from all pages.
4535  * + The pseudo-static generation isn't normally collected, but it seems
4536  *   reasonable to collect it at least when saving a core. So move the
4537  *   pages to a normal generation.
4538  */
4539 static void
4540 prepare_for_final_gc ()
4541 {
4542     page_index_t i;
4543     for (i = 0; i < last_free_page; i++) {
4544         page_table[i].large_object = 0;
4545         if (page_table[i].gen == PSEUDO_STATIC_GENERATION) {
4546             int used = page_table[i].bytes_used;
4547             page_table[i].gen = HIGHEST_NORMAL_GENERATION;
4548             generations[PSEUDO_STATIC_GENERATION].bytes_allocated -= used;
4549             generations[HIGHEST_NORMAL_GENERATION].bytes_allocated += used;
4550         }
4551     }
4552 }
4553
4554
4555 /* Do a non-conservative GC, and then save a core with the initial
4556  * function being set to the value of the static symbol
4557  * SB!VM:RESTART-LISP-FUNCTION */
4558 void
4559 gc_and_save(char *filename, boolean prepend_runtime,
4560             boolean save_runtime_options, boolean compressed,
4561             int compression_level, int application_type)
4562 {
4563     FILE *file;
4564     void *runtime_bytes = NULL;
4565     size_t runtime_size;
4566
4567     file = prepare_to_save(filename, prepend_runtime, &runtime_bytes,
4568                            &runtime_size);
4569     if (file == NULL)
4570        return;
4571
4572     conservative_stack = 0;
4573
4574     /* The filename might come from Lisp, and be moved by the now
4575      * non-conservative GC. */
4576     filename = strdup(filename);
4577
4578     /* Collect twice: once into relatively high memory, and then back
4579      * into low memory. This compacts the retained data into the lower
4580      * pages, minimizing the size of the core file.
4581      */
4582     prepare_for_final_gc();
4583     gencgc_alloc_start_page = last_free_page;
4584     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4585
4586     prepare_for_final_gc();
4587     gencgc_alloc_start_page = -1;
4588     collect_garbage(HIGHEST_NORMAL_GENERATION+1);
4589
4590     if (prepend_runtime)
4591         save_runtime_to_filehandle(file, runtime_bytes, runtime_size,
4592                                    application_type);
4593
4594     /* The dumper doesn't know that pages need to be zeroed before use. */
4595     zero_all_free_pages();
4596     save_to_filehandle(file, filename, SymbolValue(RESTART_LISP_FUNCTION,0),
4597                        prepend_runtime, save_runtime_options,
4598                        compressed ? compression_level : COMPRESSION_LEVEL_NONE);
4599     /* Oops. Save still managed to fail. Since we've mangled the stack
4600      * beyond hope, there's not much we can do.
4601      * (beyond FUNCALLing RESTART_LISP_FUNCTION, but I suspect that's
4602      * going to be rather unsatisfactory too... */
4603     lose("Attempt to save core after non-conservative GC failed.\n");
4604 }