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         vm_offset_t wrap;
 165
 166         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 167             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
 168         prot = rw;
 169         /*
 170          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 171          * page tables - they are in the map.
 172          */
 173         wrap = (vm_offset_t)addr + len;
 174         if (wrap > VM_MAX_USER_ADDRESS || wrap < (vm_offset_t)addr) {
 175                 return (FALSE);
 176         }
 177         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 178         vm_map_lock_read(map);
 179         /*
 180          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 181          * the map hint unnecessarily.
 182          */
 183         save_hint = map->hint;
 184         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 185                                      round_page(wrap), prot, TRUE);
 186         map->hint = save_hint;
 187         vm_map_unlock_read(map);
 188
 189         return (rv == TRUE);
 190 }
 191
 192 /*
 193  * No requirements.
 194  */
 195 void
 196 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 197 {
 198         if (len) {
 199                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 200                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 201                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 202         }
 203 }
 204
 205 /*
 206  * No requirements.
 207  */
 208 void
 209 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 210 {
 211         if (len) {
 212                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 213                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 214                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 215                             KM_PAGEABLE);
 216         }
 217 }
 218
 219 /*
 220  * Implement fork's actions on an address space.
 221  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 222  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 223  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 224  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 225  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 226  *
 227  * No requirements.
 228  */
 229 void
 230 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 231 {
 232         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 233                 /*
 234                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 235                  * this changes shared memory amongst threads, into
 236                  * COW locally.
 237                  */
 238                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 239                         if (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 1) {
 240                                 vmspace_unshare(p1);
 241                         }
 242                 }
 243                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 244                 return;
 245         }
 246
 247         if (flags & RFMEM) {
 248                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 249                 sysref_get(&p1->p_vmspace->vm_sysref);
 250         }
 251
 252         while (vm_page_count_severe()) {
 253                 vm_wait(0);
 254         }
 255
 256         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 257                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 258
 259                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 260
 261                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 262                         shmfork(p1, p2);
 263         }
 264
 265         pmap_init_proc(p2);
 266 }
 267
 268 /*
 269  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 270  *
 271  * Called from the low level boot code only.
 272  */
 273 void
 274 vm_init_limits(struct proc *p)
 275 {
 276         int rss_limit;
 277
 278         /*
 279          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 280          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 281          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 282          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 283          * and reduces thrashing of the object cache.
 284          */
 285         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 286         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 287         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 288         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 289         /* limit the limit to no less than 2MB */
 290         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 291         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 292         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 293 }
 294
 295 /*
 296  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 297  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 298  * sleeping.
 299  *
 300  * No requirements.
 301  */
 302 void
 303 faultin(struct proc *p)
 304 {
 305         if (p->p_flags & P_SWAPPEDOUT) {
 306                 /*
 307                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 308                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 309                  */
 310                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
 311                 p->p_flags &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 312 #ifdef INVARIANTS
 313                 if (swap_debug)
 314                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 315 #endif
 316                 wakeup(p);
 317                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 318         }
 319 }
 320
 321 /*
 322  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 323  * which is process 0.
 324  *
 325  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 326  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 327  * time, it will be swapped in anyway.
 328  */
 329 struct scheduler_info {
 330         struct proc *pp;
 331         int ppri;
 332 };
 333
 334 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 335
 336 static void
 337 scheduler(void *dummy)
 338 {
 339         struct scheduler_info info;
 340         struct proc *p;
 341
 342         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 343 loop:
 344         scheduler_notify = 0;
 345         /*
 346          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 347          */
 348         if (vm_page_count_severe()) {
 349                 vm_wait(0);
 350                 goto loop;
 351         }
 352
 353         /*
 354          * Look for a good candidate to wake up
 355          */
 356         info.pp = NULL;
 357         info.ppri = INT_MIN;
 358         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
 359
 360         /*
 361          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 362          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 363          * multiple requests have built up the first is processed
 364          * immediately and the rest are staggered.
 365          */
 366         if ((p = info.pp) == NULL) {
 367                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 368                 if (scheduler_notify == 0)
 369                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 370                 goto loop;
 371         }
 372
 373         /*
 374          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 375          * time and loop up.
 376          *
 377          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 378          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 379          */
 380         lwkt_gettoken(&proc_token);
 381         faultin(p);
 382         p->p_swtime = 0;
 383         PRELE(p);
 384         lwkt_reltoken(&proc_token);
 385         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 386         goto loop;
 387 }
 388
 389 /*
 390  * The caller must hold proc_token.
 391  */
 392 static int
 393 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 394 {
 395         struct scheduler_info *info = data;
 396         struct lwp *lp;
 397         segsz_t pgs;
 398         int pri;
 399
 400         if (p->p_flags & P_SWAPWAIT) {
 401                 pri = 0;
 402                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 403                         /* XXX lwp might need a different metric */
 404                         pri += lp->lwp_slptime;
 405                 }
 406                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 407
 408                 /*
 409                  * The more pages paged out while we were swapped,
 410                  * the more work we have to do to get up and running
 411                  * again and the lower our wakeup priority.
 412                  *
 413                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 414                  */
 415                 lwkt_gettoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 416                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 417                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 418                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 419                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 420                 }
 421                 lwkt_reltoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 422
 423                 /*
 424                  * If this process is higher priority and there is
 425                  * enough space, then select this process instead of
 426                  * the previous selection.
 427                  */
 428                 if (pri > info->ppri) {
 429                         if (info->pp)
 430                                 PRELE(info->pp);
 431                         PHOLD(p);
 432                         info->pp = p;
 433                         info->ppri = pri;
 434                 }
 435         }
 436         return(0);
 437 }
 438
 439 /*
 440  * SMP races ok.
 441  * No requirements.
 442  */
 443 void
 444 swapin_request(void)
 445 {
 446         if (scheduler_notify == 0) {
 447                 scheduler_notify = 1;
 448                 wakeup(&scheduler_notify);
 449         }
 450 }
 451
 452 #ifndef NO_SWAPPING
 453
 454 #define swappable(p) \
 455         (((p)->p_lock == 0) && \
 456         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 457
 458
 459 /*
 460  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 461  */
 462 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 463 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 464         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 465
 466 /*
 467  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 468  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 469  * one minute.
 470  */
 471 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 472 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 473         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 474
 475 /*
 476  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 477  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 478  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 479  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 480  *
 481  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 482  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 483  * if any, otherwise the longest-resident process.
 484  */
 485
 486 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 487
 488 /*
 489  * No requirements.
 490  */
 491 void
 492 swapout_procs(int action)
 493 {
 494         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 495 }
 496
 497 /*
 498  * The caller must hold proc_token
 499  */
 500 static int
 501 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 502 {
 503         struct vmspace *vm;
 504         struct lwp *lp;
 505         int action = *(int *)data;
 506         int minslp = -1;
 507
 508         if (!swappable(p))
 509                 return(0);
 510
 511         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 512         vm = p->p_vmspace;
 513
 514         /*
 515          * We only consider active processes.
 516          */
 517         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 518                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 519                 return(0);
 520         }
 521
 522         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 523                 /*
 524                  * do not swap out a realtime process
 525                  */
 526                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 527                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 528                         return(0);
 529                 }
 530
 531                 /*
 532                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 533                  */
 534                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 535                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 536                         return(0);
 537                 }
 538
 539                 /*
 540                  * If the system is under memory stress, or if we
 541                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 542                  * then swap the process out.
 543                  */
 544                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 545                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 546                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 547                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 548                         return(0);
 549                 }
 550
 551                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 552                         minslp = lp->lwp_slptime;
 553         }
 554
 555         /*
 556          * If the process has been asleep for awhile, swap
 557          * it out.
 558          */
 559         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 560             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 561              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 562                 swapout(p);
 563         }
 564
 565         /*
 566          * cleanup our reference
 567          */
 568         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 569
 570         return(0);
 571 }
 572
 573 /*
 574  * The caller must hold proc_token and p->p_token
 575  */
 576 static void
 577 swapout(struct proc *p)
 578 {
 579 #ifdef INVARIANTS
 580         if (swap_debug)
 581                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 582 #endif
 583         ++p->p_ru.ru_nswap;
 584
 585         /*
 586          * remember the process resident count
 587          */
 588         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 589         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
 590         p->p_swtime = 0;
 591 }
 592
 593 #endif /* !NO_SWAPPING */
 594