GC 安全点与根映射

收集器知道该从根理路运行时根与堆可达性Runtime roots and heap reachability · GC root set · Heap object graph从可改写的根槽和有身份的指针字段建立具体堆图，说明哪些不可达对象可安全删除，以及可达为何不等于未来必用。出发，还不知道根此刻放在哪。一个源变量可能在寄存器、栈槽里，也可能已经死亡。根映射把某个可暂停程序点与具体位置关联起来；安全点是编译代码和运行时约定可以在该处解析并更新这些位置的时刻。

安全点不表示“附近没有指针”，而是指针的位置和恢复规则足够明确。本页采用单线程、停止世界、精确基址指针模型，允许分配慢路径和显式 gc_poll 触发收集。收集器运行在独立的运行时栈上，入口保存当前用户帧的 FP 与程序点；下面的“两层帧”只计用户程序的 main、inc。

插点后的 inc 代码 ​

闭包转换得到 inc_code(E,d) 后，在写入与返回之间插入收集点。下面把机器槽的保存、重载写明；fp 是当前用户帧基址，gc_poll 返回后所有旧地址临时量都视为失效。

inc_code(E, d):
  C_before = load E.cell
  n = load C_before.value
  store C_before.value = n + d
  store [fp-16] = E
  // C_before 与旧 E 在此后不再被使用
  gc_poll(current_pc = inc.poll)
  E_after = load [fp-16]
  C_after = load E_after.cell
  return load C_after.value

main 在调用 inc 之前把仍要使用的 peek 闭包 B 存在自己的 [fp−16]。调用后执行 b_after=load [fp−16]，再用 b_after.code(b_after.env,0) 调用它。不能一直握着调用前寄存器里的 B 旧址。

此处 C_before 过了最后使用，无须单独登记。若把最后一行改成 load C_before.value，则该临时量会跨安全点活跃，必须另有根槽或重定位规则。仅在说明文字中说“会重载”，却让实际 IR 继续读旧 C，是错误实现。

两层帧如何交出两个根 ​

沿用帧地址 main.FP=8192、inc.FP=8144。暂停点是 inc.poll；inc 的 [FP]=8192 指向上一帧，[FP+8]=main.after_inc 给出调用者查表键。映射如下。

堆中的 B→Ep→C 与 Ei→C 继续由对象描述符扫描，C 迁移到 2056。收集完成后 inc 从 8128 重载环境，再读新 C，返回 7；main 从 8176 重载 B，再读同一个新 C，得到 7。调用点的普通整数 x=100 不被改写，所以完整结果仍为 (7,7,100)。

一个完整枚举过程是：取得当前用户 FP 与 PC；按 PC 查映射并产出实际槽地址；读保存的调用者 FP 与返回 PC；重复直到约定的栈底；记录完整帧链后，本例把各帧槽按最外层到当前层重新排列，再交给收集器，所以 main.b 先于 inc.env；根顺序只影响新地址布局，不影响语义。随后加入登记的全局及外部句柄槽。相同物理槽去重，两个不同槽即便值相同也保留。未知 PC、损坏的 FP 链或越界槽应中止收集并报错，不得默默当作零根。

漏调用者根会发生什么 ​

若只登记 inc 的 8128，复制收集只发现 Ei 和 C。B、Ep 在旧空间中没有转发地址，随后被整体丢弃。inc 仍能返回 7，这会让只测当前调用结果的测试误以为成功；main 接着从 8176 读到旧值 1072，再调用 b 时，才访问已失效的旧空间。

这就是漏续延根的具体后果：未完成的外层计算保存在暂停帧中，它未来的读取责任不会因为当前 PC 在另一个函数而消失。模型化测试应在旧空间弃用后拒绝旧地址解引用；若仍允许读取旧内存残留，反例可能偶然表现为“还能用”。

另一种缺陷是在表里多登记整数槽。对不移动的保守回收，这可能只是多保留；对本页精确移动回收，若整数恰好像旧地址，收集器可能把整数改成新地址，改变程序输出。精确表不仅要不漏真指针，也不能把普通数值误标成可改写指针。

成本与模型边界 ​

给定映射，枚举 f 个活动帧、r 个根槽需要 O(f+r) 时间，前提是表查询、FP 恢复都是常数成本；排序查表要另计查询代价。按安全点存储的元数据大小与各点位置列表总长成正比。构造活跃集合的静态数据流求解成本是另一项，不能混进收集器的根扫描时间。

固定偏移、物理 FP 链只是本教学 ABI 的便利。真实优化可能省略 FP、复制指针、使用内部派生地址或把对象拆成多个标量；运行时需要相应展开与重定位信息。若持有 p+8，对象搬到 p′ 后应变为 p′+8，只记录一个裸地址而不知所属对象可能不够。[1]

多线程安全点还包含“让各线程到达可解析状态”的协调协议；本文只有一个 mutator，不据此声称完成了停止所有线程。异步信号、外部调用和不遵守根协议的原生代码也在当前模型外。

迁移题：把 C_before 留在一个调用者保存寄存器里，并要求返回后继续用它。两种正确修法是增加一个映射到该指针副本的可改写保存槽，或仍按主例在安全点后从 E_after 重算 C_after。只登记 E 却继续使用旧寄存器不是第三种办法。