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Memory allocation (& GC 処理) ： メモリの確保処理 (GC 処理) ： slow-path の処理 (4) GC 処理 ： ParallelScavengeHeap の場合

概要(Summary)

メモリ確保の試みが全て失敗した場合, 最終的に CollectedHeap::mem_allocate() が呼び出される (See: here for details). ParallelScavengeHeap は CollectedHeap::mem_allocate() をオーバーライドしているので, 実際に呼び出されるのは ParallelScavengeHeap::mem_allocate() になる.

ParallelScavengeHeap::mem_allocate() 内では GC を実行してでも確保が試みられる. なお, ParallelScavengeHeap::mem_allocate() には2種類の allocation policy が存在している (basic allocation policy, failed allocation policy). これは, VM Operation が重い処理なので, 可能な限り VM Operation の回数を減らすための工夫である.

なお, 複数のスレッドが failed allocation policy に来た場合にも, VM Thread によって実際に実行される VM Operation は1回だけになる.

    ((cite: hotspot/src/share/vm/gc_implementation/parallelScavenge/parallelScavengeHeap.cpp))
    // There are two levels of allocation policy here.
    //
    // When an allocation request fails, the requesting thread must invoke a VM
    // operation, transfer control to the VM thread, and await the results of a
    // garbage collection. That is quite expensive, and we should avoid doing it
    // multiple times if possible.
    //
    // To accomplish this, we have a basic allocation policy, and also a
    // failed allocation policy.
    //
    // The basic allocation policy controls how you allocate memory without
    // attempting garbage collection. It is okay to grab locks and
    // expand the heap, if that can be done without coming to a safepoint.
    // It is likely that the basic allocation policy will not be very
    // aggressive.
    //
    // The failed allocation policy is invoked from the VM thread after
    // the basic allocation policy is unable to satisfy a mem_allocate
    // request. This policy needs to cover the entire range of collection,
    // heap expansion, and out-of-memory conditions. It should make every
    // attempt to allocate the requested memory.

    // Basic allocation policy. Should never be called at a safepoint, or
    // from the VM thread.
    //
    // This method must handle cases where many mem_allocate requests fail
    // simultaneously. When that happens, only one VM operation will succeed,
    // and the rest will not be executed. For that reason, this method loops
    // during failed allocation attempts. If the java heap becomes exhausted,
    // we rely on the size_policy object to force a bail out.

備考(Notes)

ParallelScavengeHeap::mem_allocate() の処理の流れは GenCollectorPolicy::mem_allocate_work() に似ている.

処理の流れ (概要)(Execution Flows : Summary)

ParallelScavengeHeap::mem_allocate()
-> (1) まず PSYoungGen::allocate() で確保を試みる. (この確保が成功すれば以下の処理は行わない)
       -> PSYoungGen::allocate()
          -> (See: here for details)

   (2) 確保に成功するまで以下の処理を繰り返す.
       (メモリ確保に成功するか, あるいは成功しないと判断するまでループ)

       -> (1) Heap_lock を取った状態で PSYoungGen::allocate() 及び PSOldGen::allocate() による確保処理を行う
              -> PSYoungGen::allocate()
                 -> (See: here for details)
              -> PSOldGen::allocate()  (<= Young Gen にいれるには大きすぎる確保要求の場合)
                 -> PSOldGen::allocate_noexpand()
                 -> PSOldGen::expand_and_allocate()
    
          (2) まだ確保できていなければ, GC を実行してから確保を試みる.
              -> VM_ParallelGCFailedAllocation::doit()
                 -> ParallelScavengeHeap::failed_mem_allocate()
    
                    -> (1) まず PSScavenge::invoke() で Minor GC を行い, その後 Young Generation から確保してみる.
                           -> PSScavenge::invoke()
                              -> (See: here for details)
                           -> PSYoungGen::allocate()
                              -> (See: here for details)
       
                       (2) 確保に失敗したら, ParallelScavengeHeap::invoke_full_gc() で簡単に Full GC を行った後, もう一度 Young Generation からの確保を試みる.
                           -> ParallelScavengeHeap::invoke_full_gc()
                              (UseParallelOldGC オプションに応じて, 以下のどちらかを呼び出す)
                              -> PSParallelCompact::invoke()
                                 -> (See: here for details)
                              -> PSMarkSweep::invoke()
                                 -> (See: here for details)
                           -> PSYoungGen::allocate()
                              -> (See: here for details)
       
                       (3) まだ確保が成功していなければ, Old Generation から確保してみる.
                           -> PSOldGen::allocate()
                              -> (同上)
       
                       (4) まだ確保が成功していなければ, invoke_full_gc() で(今度は完璧に) Full GC を行い, その後 Young Generation からの確保を試みる.
                           -> ParallelScavengeHeap::invoke_full_gc()
                              -> (同上)
                           -> PSYoungGen::allocate()
                              -> (See: here for details)
       
                       (5) それでもまだ確保が成功していなければ, もう一度 Old Generation から確保を試みる.
                           (今度は完璧に Full GC した後なので, さっきとは結果が変わる可能性がある)
                           -> PSOldGen::allocate()
                              -> (同上)

          (3) GC 時間が制限を越えていれば NULL をリターン. そうでなければ, 確保が成功するまでループを繰り返す.

処理の流れ (詳細)(Execution Flows : Details)

ParallelScavengeHeap::mem_allocate()

See: here for details

PSOldGen::allocate()

See: here for details

PSOldGen::allocate_noexpand()

(#Under Construction)

PSOldGen::expand_and_allocate()

(#Under Construction)

VM_ParallelGCFailedAllocation::doit()

See: here for details

ParallelScavengeHeap::failed_mem_allocate()

See: here for details

ParallelScavengeHeap::invoke_full_gc()

See: here for details

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