224dc696b8454c3370eba3764209bcc5e2bde8cf
[dragonfly.git] / 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  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
270  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while  
271  * the process was still executing.
272  *
273  * No requirements.
274  */
275 void
276 vm_waitproc(struct proc *p)
277 {
278         cpu_proc_wait(p);
279         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
280 }
281
282 /*
283  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
284  *
285  * Called from the low level boot code only.
286  */
287 void
288 vm_init_limits(struct proc *p)
289 {
290         int rss_limit;
291
292         /*
293          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
294          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
295          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
296          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
297          * and reduces thrashing of the object cache.
298          */
299         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
300         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
301         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
302         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
303         /* limit the limit to no less than 2MB */
304         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
305         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
306         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
307 }
308
309 /*
310  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
311  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
312  * sleeping.
313  *
314  * No requirements.
315  */
316 void
317 faultin(struct proc *p)
318 {
319         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
320                 /*
321                  * The process is waiting in the kernel to return to user
322                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
323                  */
324                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
325                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
326 #ifdef INVARIANTS
327                 if (swap_debug)
328                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
329 #endif
330                 wakeup(p);
331                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
332         }
333 }
334
335 /*
336  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
337  * which is process 0.
338  *
339  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
340  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
341  * time, it will be swapped in anyway.
342  */
343 struct scheduler_info {
344         struct proc *pp;
345         int ppri;
346 };
347
348 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
349
350 static void
351 scheduler(void *dummy)
352 {
353         struct scheduler_info info;
354         struct proc *p;
355
356         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
357 loop:
358         scheduler_notify = 0;
359         /*
360          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
361          */
362         if (vm_page_count_severe()) {
363                 vm_wait(0);
364                 goto loop;
365         }
366
367         /*
368          * Look for a good candidate to wake up
369          */
370         info.pp = NULL;
371         info.ppri = INT_MIN;
372         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
373
374         /*
375          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
376          * we are woken up, immediately process the next request.  If
377          * multiple requests have built up the first is processed 
378          * immediately and the rest are staggered.
379          */
380         if ((p = info.pp) == NULL) {
381                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
382                 if (scheduler_notify == 0)
383                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
384                 goto loop;
385         }
386
387         /*
388          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
389          * time and loop up.
390          *
391          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
392          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
393          */
394         lwkt_gettoken(&proc_token);
395         faultin(p);
396         p->p_swtime = 0;
397         PRELE(p);
398         lwkt_reltoken(&proc_token);
399         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
400         goto loop;
401 }
402
403 /*
404  * The caller must hold proc_token.
405  */
406 static int
407 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
408 {
409         struct scheduler_info *info = data;
410         struct lwp *lp;
411         segsz_t pgs;
412         int pri;
413
414         if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
415                 pri = 0;
416                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
417                         /* XXX lwp might need a different metric */
418                         pri += lp->lwp_slptime;
419                 }
420                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
421
422                 /*
423                  * The more pages paged out while we were swapped,
424                  * the more work we have to do to get up and running
425                  * again and the lower our wakeup priority.
426                  *
427                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
428                  */
429                 lwkt_gettoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
430                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
431                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
432                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
433                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
434                 }
435                 lwkt_reltoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
436
437                 /*
438                  * If this process is higher priority and there is
439                  * enough space, then select this process instead of
440                  * the previous selection.
441                  */
442                 if (pri > info->ppri) {
443                         if (info->pp)
444                                 PRELE(info->pp);
445                         PHOLD(p);
446                         info->pp = p;
447                         info->ppri = pri;
448                 }
449         }
450         return(0);
451 }
452
453 /*
454  * SMP races ok.
455  * No requirements.
456  */
457 void
458 swapin_request(void)
459 {
460         if (scheduler_notify == 0) {
461                 scheduler_notify = 1;
462                 wakeup(&scheduler_notify);
463         }
464 }
465
466 #ifndef NO_SWAPPING
467
468 #define swappable(p) \
469         (((p)->p_lock == 0) && \
470         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
471
472
473 /*
474  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
475  */
476 static int swap_idle_threshold1 = 15;
477 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
478         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
479
480 /*
481  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
482  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
483  * one minute.
484  */
485 static int swap_idle_threshold2 = 60;
486 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
487         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
488
489 /*
490  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
491  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
492  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question 
493  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
494  *
495  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
496  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
497  * if any, otherwise the longest-resident process.
498  */
499
500 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
501
502 /*
503  * No requirements.
504  */
505 void
506 swapout_procs(int action)
507 {
508         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
509 }
510
511 /*
512  * The caller must hold proc_token
513  */
514 static int
515 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
516 {
517         struct vmspace *vm;
518         struct lwp *lp;
519         int action = *(int *)data;
520         int minslp = -1;
521
522         if (!swappable(p))
523                 return(0);
524
525         lwkt_gettoken(&p->p_token);
526         vm = p->p_vmspace;
527
528         /*
529          * We only consider active processes.
530          */
531         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
532                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
533                 return(0);
534         }
535
536         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
537                 /*
538                  * do not swap out a realtime process
539                  */
540                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
541                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
542                         return(0);
543                 }
544
545                 /*
546                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
547                  */
548                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
549                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
550                         return(0);
551                 }
552
553                 /*
554                  * If the system is under memory stress, or if we
555                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
556                  * then swap the process out.
557                  */
558                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
559                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
560                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
561                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
562                         return(0);
563                 }
564
565                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
566                         minslp = lp->lwp_slptime;
567         }
568
569         /*
570          * If the process has been asleep for awhile, swap
571          * it out.
572          */
573         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
574             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
575              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
576                 swapout(p);
577         }
578
579         /*
580          * cleanup our reference
581          */
582         lwkt_reltoken(&p->p_token);
583
584         return(0);
585 }
586
587 /*
588  * The caller must hold proc_token and p->p_token
589  */
590 static void
591 swapout(struct proc *p)
592 {
593 #ifdef INVARIANTS
594         if (swap_debug)
595                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
596 #endif
597         ++p->p_ru.ru_nswap;
598
599         /*
600          * remember the process resident count
601          */
602         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
603         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
604         p->p_swtime = 0;
605 }
606
607 #endif /* !NO_SWAPPING */
608