Goのガベージコレクション

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1. Goのガベージコレクショ ン ryotaro612 March 2, 2025
2. 目次 1. ランタイ ム 2. On-the-Fly Garbage Collection 3. ガベージコレクショ ンの実装 1
3. Goのガベージコレクショ ン concurrent, tri-color, mark-sweep collector4 原典は On-the-Fly Garbage Collection: An Exercise in Cooperation1 ∘ 著者は Dijkstra と Lamport ∘ 1978 年に発表 ∘ Java の ZGC でも 3 色マーキキングが使われる5 ∘ エンタープライ ズ向きではない ∘ 世代別 GC ではない 2
4. GCが古典的な理由 Go固有のランタイ ムがある3 ∘ 構造体のフィ ールド を連続領域に割り当てる ∘ 数千の Groutine ∘ Go で実装されたランタイ ム 3
5. 局所的なメモリ の割り当て フィ ールド は構造体に埋め込まれる2 type Reader struct { r io . Reader pad int64 curr fileReader } 連続領域への割り当て 4
6. interior pointer （フィ ールド の内部を指すポイ ンタ） interior pointerを使う間、 構造体全体がメモリ に残る interior pointer 5
7. 目次 1. ランタイ ム 2. On-the-Fly Garbage Collection 3. ガベージコレクショ ンの実装 6
8. 有向グラフによるヒープの表現 ルート から到達できないノ ード をガベージとみなす ∘ 大域やスタックの変数が参照する値はルート ∘ ガベージノ ード を白に着色 ∘ ルート から到達できる中間ノ ード や葉を黒に着色 ∘ ノ ード 数は固定 7
9. 灰色がある理由 黒から白に向かう辺がないことを保証し たい 黒ノ ード から白ノ ード への参照 8
10. 証明の単純化 操作の種類を減らし たい 操作を多様にするもの ∘ ノ ード が到達できるか ∘ ノ ード の出次数 ∘ 操作の種類: 追加、 削除、 向き先の変更 9
11. 出次数を統一 終端ノ ード NILでノ ード の出次数を 2に限定 NIL の導入 10
12. すべてのノ ード に到達可能 ルート ノ ード でガベージノ ード のリ スト をつく る リ スト の導入 11
13. アプリ ケーショ ン (mutator) の振る舞い 向き先の白いノ ード を灰にし て、 辺の向き先を変える mutator の操作 ∘ step2 で、 前回変更し た有向辺の白い向き先を灰色にする ∘ 向き先が灰か黒なら step2 はいらない ∘ step2 と step3 は別のアト ミックな操作でいい 12
14. マーキングフェ ース 後続の白いノ ード を灰色にし て、 ノ ード を黒く する 13
15. マーキングフェ ースの疑似コード ルート ノ ード を灰色にする for root in roots : i f root . color == WHITE: root . color = GRAY 14
16. マーキングフェ ースの疑似コード 一巡しても灰色ノ ード がなければ終了 i , k = 0, M # Mは ノ ー ド 数 while k > 0: c = nodes [ i ] . color // atomic i f c == GRAY: k = M for side in range ( 2 ) : succ := nodes [ i ] . successors [ side ] // atomic // begin atomic i f succ . color == WHITE: succ . color = GRAY // end atomic nodes [ i ] . color = BLACK // atomic else : k −= 1 i = ( i + 1) % M 15
17. アペンディ ングフェ ーズ 白ノ ード をリ スト に追加し 、 黒ノ ード を白にする for i in range (m) : color := nodes [ i ] . color // atomic i f color == WHITE: f r e e _ l i s t . append( nodes [ i ] ) // atomic else : // color == BLACK nodes [ i ] . color = WHITE // atomic このフェーズには、 灰色のノ ード はない 16
18. 目次 1. ランタイ ム 2. On-the-Fly Garbage Collection 3. ガベージコレクショ ンの実装 17
19. Goのガベージコレクショ ンのフェ ーズ マーキングの終了時に STWがある3 Go の GC のライ フサイ クル 18
20. 参考資料 [1] Edsger W. Dijkstra et al. ``On-the-fly garbage collection: an exercise in cooperation''. In: Commun. ACM 21.11 (Nov. 1978), pp. 966–975. issn: 0001-0782. doi: 10.1145/359642.359655. url: https://doi.org/10.1145/359642.359655. [2] Richard Hudson. Getting to Go: The Journey of Go's Garbage Collector. 2018. url: https://go.dev/blog/ismmkeynote. [3] Richard Hudson. Go GC: Latency Problem Solved. 2015. url: https://go.dev/talks/2015/go-gc.pdf. [4] Richard Hudson. Go GC: Prioritizing low latency and simplicity. 2015. url: https://go.dev/blog/go15gc. 19
21. 参考資料 [5] Albert Mingkun Yang and Tobias Wrigstad. ``Deep Dive into ZGC: A Modern Garbage Collector in OpenJDK''. In: ACM Trans. Program. Lang. Syst. 44.4 (Sept. 2022). issn: 0164-0925. doi: 10.1145/3538532. url: https://doi.org/10.1145/3538532. 20