sys/vm/vm_glue.c

   1 /*
   2  * (MPSAFE)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  19  *    must display the following acknowledgement:
  20  *      This product includes software developed by the University of
  21  *      California, Berkeley and its contributors.
  22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  24  *    without specific prior written permission.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  36  * SUCH DAMAGE.
  37  *
  38  *      from: @(#)vm_glue.c     8.6 (Berkeley) 1/5/94
  39  *
  40  *
  41  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  42  * All rights reserved.
  43  *
  44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  49  *
  50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  53  *
  54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  55  *
  56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  57  *  School of Computer Science
  58  *  Carnegie Mellon University
  59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  60  *
  61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  62  * rights to redistribute these changes.
  63  *
  64  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.94.2.4 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
  65  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.56 2008/07/01 02:02:56 dillon Exp $
  66  */
  67
  68 #include "opt_vm.h"
  69
  70 #include <sys/param.h>
  71 #include <sys/systm.h>
  72 #include <sys/proc.h>
  73 #include <sys/resourcevar.h>
  74 #include <sys/buf.h>
  75 #include <sys/shm.h>
  76 #include <sys/vmmeter.h>
  77 #include <sys/sysctl.h>
  78
  79 #include <sys/kernel.h>
  80 #include <sys/unistd.h>
  81
  82 #include <machine/limits.h>
  83
  84 #include <vm/vm.h>
  85 #include <vm/vm_param.h>
  86 #include <sys/lock.h>
  87 #include <vm/pmap.h>
  88 #include <vm/vm_map.h>
  89 #include <vm/vm_page.h>
  90 #include <vm/vm_pageout.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_extern.h>
  93
  94 #include <sys/user.h>
  95 #include <vm/vm_page2.h>
  96 #include <sys/thread2.h>
  97 #include <sys/sysref2.h>
  98
  99 /*
 100  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
 101  *
 102  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
 103  */
 104 static void scheduler (void *);
 105 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
 106
 107 #ifdef INVARIANTS
 108
 109 static int swap_debug = 0;
 110 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 111         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 112
 113 #endif
 114
 115 static int scheduler_notify;
 116
 117 static void swapout (struct proc *);
 118
 119 /*
 120  * No requirements.
 121  */
 122 int
 123 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 124 {
 125         boolean_t rv;
 126         vm_offset_t saddr, eaddr;
 127         vm_prot_t prot;
 128
 129         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 130             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)\n", rw));
 131
 132         /*
 133          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 134          * check access separately.
 135          */
 136         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 137                 return (TRUE);
 138
 139         /*
 140          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 141          */
 142         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 143             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 144                 return (FALSE);
 145         }
 146         prot = rw;
 147         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 148         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 149         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
 150
 151         return (rv == TRUE);
 152 }
 153
 154 /*
 155  * No requirements.
 156  */
 157 int
 158 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 159 {
 160         boolean_t rv;
 161         vm_prot_t prot;
 162         vm_map_t map;
 163         vm_map_entry_t save_hint;
 164
 165         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 166             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
 167         prot = rw;
 168         /*
 169          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 170          * page tables - they are in the map.
 171          *
 172          * XXX - VM_MAX_USER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
 173          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
 174          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
 175          * used as a max in vm_mmap.c.
 176          */
 177         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAX_USER_ADDRESS
 178             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
 179                 return (FALSE);
 180         }
 181         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 182         vm_map_lock_read(map);
 183         /*
 184          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 185          * the map hint unnecessarily.
 186          */
 187         save_hint = map->hint;
 188         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 189                                      round_page((vm_offset_t)addr + len),
 190                                      prot, TRUE);
 191         map->hint = save_hint;
 192         vm_map_unlock_read(map);
 193
 194         return (rv == TRUE);
 195 }
 196
 197 /*
 198  * No requirements.
 199  */
 200 void
 201 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 202 {
 203         if (len) {
 204                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 205                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 206                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 207         }
 208 }
 209
 210 /*
 211  * No requirements.
 212  */
 213 void
 214 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 215 {
 216         if (len) {
 217                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 218                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 219                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 220                             KM_PAGEABLE);
 221         }
 222 }
 223
 224 /*
 225  * Implement fork's actions on an address space.
 226  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 227  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 228  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 229  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 230  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 231  *
 232  * No requirements.
 233  */
 234 void
 235 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 236 {
 237         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 238                 /*
 239                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 240                  * this changes shared memory amongst threads, into
 241                  * COW locally.
 242                  */
 243                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 244                         if (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 1) {
 245                                 vmspace_unshare(p1);
 246                         }
 247                 }
 248                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 249                 return;
 250         }
 251
 252         if (flags & RFMEM) {
 253                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 254                 sysref_get(&p1->p_vmspace->vm_sysref);
 255         }
 256
 257         while (vm_page_count_severe()) {
 258                 vm_wait(0);
 259         }
 260
 261         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 262                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 263
 264                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 265
 266                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 267                         shmfork(p1, p2);
 268         }
 269
 270         pmap_init_proc(p2);
 271 }
 272
 273 /*
 274  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
 275  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while
 276  * the process was still executing.
 277  *
 278  * No requirements.
 279  */
 280 void
 281 vm_waitproc(struct proc *p)
 282 {
 283         cpu_proc_wait(p);
 284         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
 285 }
 286
 287 /*
 288  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 289  *
 290  * Called from the low level boot code only.
 291  */
 292 void
 293 vm_init_limits(struct proc *p)
 294 {
 295         int rss_limit;
 296
 297         /*
 298          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 299          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 300          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 301          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 302          * and reduces thrashing of the object cache.
 303          */
 304         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 305         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 306         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 307         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 308         /* limit the limit to no less than 2MB */
 309         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 310         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 311         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 312 }
 313
 314 /*
 315  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 316  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 317  * sleeping.
 318  *
 319  * No requirements.
 320  */
 321 void
 322 faultin(struct proc *p)
 323 {
 324         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
 325                 /*
 326                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 327                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 328                  */
 329                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
 330                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 331 #ifdef INVARIANTS
 332                 if (swap_debug)
 333                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 334 #endif
 335                 wakeup(p);
 336                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 337         }
 338 }
 339
 340 /*
 341  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 342  * which is process 0.
 343  *
 344  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 345  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 346  * time, it will be swapped in anyway.
 347  */
 348 struct scheduler_info {
 349         struct proc *pp;
 350         int ppri;
 351 };
 352
 353 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 354
 355 static void
 356 scheduler(void *dummy)
 357 {
 358         struct scheduler_info info;
 359         struct proc *p;
 360
 361         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 362 loop:
 363         scheduler_notify = 0;
 364         /*
 365          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 366          */
 367         if (vm_page_count_severe()) {
 368                 vm_wait(0);
 369                 goto loop;
 370         }
 371
 372         /*
 373          * Look for a good candidate to wake up
 374          */
 375         info.pp = NULL;
 376         info.ppri = INT_MIN;
 377         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
 378
 379         /*
 380          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 381          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 382          * multiple requests have built up the first is processed
 383          * immediately and the rest are staggered.
 384          */
 385         if ((p = info.pp) == NULL) {
 386                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 387                 if (scheduler_notify == 0)
 388                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 389                 goto loop;
 390         }
 391
 392         /*
 393          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 394          * time and loop up.
 395          *
 396          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 397          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 398          */
 399         lwkt_gettoken(&proc_token);
 400         faultin(p);
 401         p->p_swtime = 0;
 402         PRELE(p);
 403         lwkt_reltoken(&proc_token);
 404         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 405         goto loop;
 406 }
 407
 408 /*
 409  * The caller must hold proc_token.
 410  */
 411 static int
 412 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 413 {
 414         struct scheduler_info *info = data;
 415         struct lwp *lp;
 416         segsz_t pgs;
 417         int pri;
 418
 419         if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
 420                 pri = 0;
 421                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 422                         /* XXX lwp might need a different metric */
 423                         pri += lp->lwp_slptime;
 424                 }
 425                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 426
 427                 /*
 428                  * The more pages paged out while we were swapped,
 429                  * the more work we have to do to get up and running
 430                  * again and the lower our wakeup priority.
 431                  *
 432                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 433                  */
 434                 lwkt_gettoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 435                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 436                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 437                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 438                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 439                 }
 440                 lwkt_reltoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 441
 442                 /*
 443                  * If this process is higher priority and there is
 444                  * enough space, then select this process instead of
 445                  * the previous selection.
 446                  */
 447                 if (pri > info->ppri) {
 448                         if (info->pp)
 449                                 PRELE(info->pp);
 450                         PHOLD(p);
 451                         info->pp = p;
 452                         info->ppri = pri;
 453                 }
 454         }
 455         return(0);
 456 }
 457
 458 /*
 459  * SMP races ok.
 460  * No requirements.
 461  */
 462 void
 463 swapin_request(void)
 464 {
 465         if (scheduler_notify == 0) {
 466                 scheduler_notify = 1;
 467                 wakeup(&scheduler_notify);
 468         }
 469 }
 470
 471 #ifndef NO_SWAPPING
 472
 473 #define swappable(p) \
 474         (((p)->p_lock == 0) && \
 475         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 476
 477
 478 /*
 479  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 480  */
 481 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 482 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 483         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 484
 485 /*
 486  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 487  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 488  * one minute.
 489  */
 490 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 491 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 492         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 493
 494 /*
 495  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 496  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 497  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 498  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 499  *
 500  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 501  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 502  * if any, otherwise the longest-resident process.
 503  */
 504
 505 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 506
 507 /*
 508  * No requirements.
 509  */
 510 void
 511 swapout_procs(int action)
 512 {
 513         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 514 }
 515
 516 /*
 517  * The caller must hold proc_token
 518  */
 519 static int
 520 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 521 {
 522         struct vmspace *vm;
 523         struct lwp *lp;
 524         int action = *(int *)data;
 525         int minslp = -1;
 526
 527         if (!swappable(p))
 528                 return(0);
 529
 530         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 531         vm = p->p_vmspace;
 532
 533         /*
 534          * We only consider active processes.
 535          */
 536         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 537                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 538                 return(0);
 539         }
 540
 541         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 542                 /*
 543                  * do not swap out a realtime process
 544                  */
 545                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 546                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 547                         return(0);
 548                 }
 549
 550                 /*
 551                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 552                  */
 553                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 554                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 555                         return(0);
 556                 }
 557
 558                 /*
 559                  * If the system is under memory stress, or if we
 560                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 561                  * then swap the process out.
 562                  */
 563                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 564                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 565                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 566                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 567                         return(0);
 568                 }
 569
 570                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 571                         minslp = lp->lwp_slptime;
 572         }
 573
 574         sysref_get(&vm->vm_sysref);
 575
 576         /*
 577          * If the process has been asleep for awhile, swap
 578          * it out.
 579          */
 580         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 581             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 582              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 583                 swapout(p);
 584         }
 585
 586         /*
 587          * cleanup our reference
 588          */
 589         sysref_put(&vm->vm_sysref);
 590         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 591
 592         return(0);
 593 }
 594
 595 /*
 596  * The caller must hold proc_token and p->p_token
 597  */
 598 static void
 599 swapout(struct proc *p)
 600 {
 601 #ifdef INVARIANTS
 602         if (swap_debug)
 603                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 604 #endif
 605         ++p->p_ru.ru_nswap;
 606         /*
 607          * remember the process resident count
 608          */
 609         lwkt_gettoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 610         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 611         lwkt_reltoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 612         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
 613         p->p_swtime = 0;
 614 }
 615
 616 #endif /* !NO_SWAPPING */
 617