Bir çöp toplayıcı, her toplamada belleğin taranmasını nasıl önler?

Bazı (en azından Mono ve .NET'ler) çöp toplayıcıların, sık sık taradıkları kısa süreli bir bellek alanı ve daha az sıklıkta taradıkları ikincil bir hafıza alanı vardır. Mono buna kreş diyor.

Hangi nesnelerin atılabileceğini bulmak için, köklerden, yığından ve kayıtlardan başlayarak tüm nesneleri tarar ve artık referans alınmayan tüm nesneleri atarlar.

Benim sorum, kullanılan tüm belleğin her koleksiyonda taranmasını nasıl önledikleri? Prensip olarak, artık hangi nesnelerin kullanılmadığını öğrenmenin tek yolu tüm nesneleri ve tüm referanslarını taramaktır. Ancak bu, uygulama tarafından kullanılmasa da işletim sisteminin belleği değiştirmesini önler ve "Nursery Collection" için de yapılması gereken çok fazla iş gibi hisseder. Bir kreş kullanarak çok fazla kazanıyor gibi hissetmiyorlar.

Bir şey eksik mi veya çöp toplayıcı aslında her koleksiyonda her nesneyi ve her referansı tarar mı?

Tüm eski nesil nesneleri taramak zorunda kalmamak için kuşak çöplerinin toplanmasına izin veren temel gözlemler şunlardır:

1. Bir koleksiyondan sonra, hala var olan tüm nesneler minimum nesil olacaktır (örneğin .net'te, bir Gen0 koleksiyonundan sonra tüm nesneler Gen1 veya Gen2'dir; Gen1 veya Gen2 koleksiyonundan sonra tüm nesneler Gen2'dir).
2. N neslini veya daha yüksek nesli teşvik eden bir koleksiyondan bu yana yazılmamış olan bir nesne veya bunun bir kısmı, daha düşük nesil nesnelere herhangi bir referans içeremez.
3. Bir nesne belirli bir nesile ulaştıysa, daha düşük nesiller toplarken elde tutulmasını sağlamak için ulaşılabilir olarak tanımlanması gerekmez.

Birçok GC çerçevesinde, çöp toplayıcının nesneleri veya bunların bölümlerini, bunlara ilk yazma girişiminin değiştirildikleri gerçeğini kaydetmek için özel kodu tetikleyeceği şekilde işaretlemesi mümkündür. Yeni nesnelere referanslar içerebileceğinden, oluşturulmasına bakılmaksızın değiştirilmiş bir nesne veya bunun bir bölümü bir sonraki koleksiyonda taranmalıdır. Öte yandan, koleksiyonlar arasında değiştirilmeyen birçok eski nesnenin olması çok yaygındır. Düşük nesil taramaların bu tür nesneleri görmezden gelebilmesi, bu tür taramaların aksi takdirde olduğundan daha hızlı tamamlanmasını sağlayabilir.

Btw, nesnelerin ne zaman değiştirildiğini algılayamasa ve her bir GC geçişindeki her şeyi taramak zorunda olsa bile, kuşak çöp toplama işleminin bir sıkıştırma toplayıcının "süpürme" sahne performansını iyileştirebileceğini unutmayın. Bazı gömülü ortamlarda (özellikle sıralı ve rasgele bellek erişimleri arasında hızda çok az fark olan veya hiç fark olmayanlar), bellek bloklarını hareket ettirmek etiketleme referanslarına kıyasla nispeten pahalıdır. Sonuç olarak, "markalama" aşaması yeni bir toplayıcı kullanılarak hızlandırılamasa bile, "tarama" aşamasını hızlandırmak faydalı olabilir.

Bahsettiğiniz GC'ler kuşak çöp toplayıcılarıdır. "Bebek ölüm oranı" veya "kuşak hipotezi" olarak bilinen bir gözlemden en iyi şekilde yararlanmak üzere tasarlanmıştır, bu da çoğu nesneye çok hızlı bir şekilde erişilemez hale geldiği anlamına gelir. Gerçekten de köklerden başlayarak tararlar, ancak tüm eski nesneleri görmezden gelirler . Bu nedenle, bellekteki nesnelerin çoğunu taramaları gerekmez, sadece genç nesneleri tararlar (ulaşılamayan eski nesneleri tespit etmeme pahasına, en azından bu noktada değil).

"Ama bu yanlış", çığlık attığını duyuyorum, "eski nesneler genç nesnelere atıfta bulunabilir". Haklısınız ve bunun, tüm eski nesnelerin kontrol edilmesi gereken ve göz ardı edilmesi güvenli olan, bilgi edinme etrafında hızlı ve verimli bir şekilde dönen birkaç çözüm var. Kayıt nesnelerine ya da küçük nesillere işaretçiler içeren küçük (nesnelerden daha büyük, ancak tüm yığından çok daha küçük) bellek aralıklarına kaynar. Diğerleri bunları benden daha iyi tanımladı, bu yüzden size birkaç anahtar kelime vereceğim: Kart işaretleme, hatırlanan kümeler, yazma engelleri. Başka teknikler de (melezler dahil) var, ancak bunlar farkında olduğum ortak yaklaşımları kapsıyor.

Hangi fidanlık nesnelerinin hala canlı olduğunu bulmak için, toplayıcının yalnızca kök kümesini ve son koleksiyondan bu yana mutasyona uğramış eski nesneleri taraması gerekir , çünkü yakın zamanda mutasyona uğratılmamış eski bir nesne muhtemelen genç bir nesneye işaret edemez . Bu bilgileri değişen hassasiyet seviyelerinde korumak için farklı algoritmalar vardır (mutasyona uğramış alanların tam bir setinden mutasyonun meydana gelebileceği bir dizi sayfaya), ancak hepsi genellikle bir tür yazma engeli içerir : her referansta çalışan kod GC'nin defter tutmayı güncelleyen tipte alan mutasyonu.

En eski ve en basit nesil çöp toplayıcıları aslında tüm belleği taradılar ve bunu yaparken diğer tüm işlemleri durdurmak zorunda kaldılar. Daha sonra algoritmalar bu konuda çeşitli şekillerde geliştirildi - kopyalama / taramayı arttırma veya paralel çalıştırma. Modern çöp toplayıcıların çoğu nesneleri nesillere ayırır ve kuşaklar arası göstergeleri dikkatli bir şekilde yönetir, böylece yeni nesiller eskilerini rahatsız etmeden toplanabilir.

Kilit nokta, çöp toplayıcıların derleyiciyle ve tüm belleği izlediği yanılsamasını sürdürmek için çalışma zamanının geri kalanıyla yakın işbirliği içinde çalışmasıdır.

Temel olarak ... GC, kullanımda olanı ve olmayanı ayırmak için "kovalar" kullanır. Kontrol ettikten sonra, kullanılmayan şeyleri siler ve diğer her şeyi 2. nesle (1. nesilden daha az kontrol edilir) taşır ve daha sonra hala kullanımda olan şeyleri 2. den'e 3. jenerasyona taşır.

Bu nedenle, 3. kuşaktaki şeyler genellikle bir nedenden dolayı açık kalmış nesnelerdir ve GC orayı çok sık kontrol etmez.

Bu GC tarafından genellikle kullanılan algoritma, Naïve mark-and-süpürme

Ayrıca bunun C # tarafından değil, CLR tarafından yönetildiğinin farkında olmalısınız .