Enhance the pmap_kenter*() API and friends, separating out entries which
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_glue.c
1 /*
2  * Copyright (c) 1991, 1993
3  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
4  *
5  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
6  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
7  *
8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
9  * modification, are permitted provided that the following conditions
10  * are met:
11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
17  *    must display the following acknowledgement:
18  *      This product includes software developed by the University of
19  *      California, Berkeley and its contributors.
20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
22  *    without specific prior written permission.
23  *
24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
34  * SUCH DAMAGE.
35  *
36  *      from: @(#)vm_glue.c     8.6 (Berkeley) 1/5/94
37  *
38  *
39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
40  * All rights reserved.
41  *
42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
47  *
48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
51  *
52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
53  *
54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
55  *  School of Computer Science
56  *  Carnegie Mellon University
57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
58  *
59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
60  * rights to redistribute these changes.
61  *
62  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.94.2.4 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
63  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.21 2004/03/23 22:54:32 dillon Exp $
64  */
65
66 #include "opt_vm.h"
67
68 #include <sys/param.h>
69 #include <sys/systm.h>
70 #include <sys/proc.h>
71 #include <sys/resourcevar.h>
72 #include <sys/buf.h>
73 #include <sys/shm.h>
74 #include <sys/vmmeter.h>
75 #include <sys/sysctl.h>
76
77 #include <sys/kernel.h>
78 #include <sys/unistd.h>
79
80 #include <machine/limits.h>
81
82 #include <vm/vm.h>
83 #include <vm/vm_param.h>
84 #include <sys/lock.h>
85 #include <vm/pmap.h>
86 #include <vm/vm_map.h>
87 #include <vm/vm_page.h>
88 #include <vm/vm_pageout.h>
89 #include <vm/vm_kern.h>
90 #include <vm/vm_extern.h>
91
92 #include <sys/user.h>
93 #include <vm/vm_page2.h>
94
95 /*
96  * System initialization
97  *
98  * Note: proc0 from proc.h
99  */
100
101 static void vm_init_limits (void *);
102 SYSINIT(vm_limits, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_FIRST, vm_init_limits, &proc0)
103
104 /*
105  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
106  *
107  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
108  */
109 static void scheduler (void *);
110 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
111
112
113 static void swapout (struct proc *);
114
115 int
116 kernacc(caddr_t addr, int len, int rw)
117 {
118         boolean_t rv;
119         vm_offset_t saddr, eaddr;
120         vm_prot_t prot;
121
122         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
123             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)\n", rw));
124         prot = rw;
125         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
126         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
127         vm_map_lock_read(kernel_map);
128         rv = vm_map_check_protection(kernel_map, saddr, eaddr, prot);
129         vm_map_unlock_read(kernel_map);
130         return (rv == TRUE);
131 }
132
133 int
134 useracc(caddr_t addr, int len, int rw)
135 {
136         boolean_t rv;
137         vm_prot_t prot;
138         vm_map_t map;
139         vm_map_entry_t save_hint;
140
141         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
142             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
143         prot = rw;
144         /*
145          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
146          * page tables - they are in the map.
147          *
148          * XXX - VM_MAXUSER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
149          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
150          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
151          * used as a max in vm_mmap.c.
152          */
153         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAXUSER_ADDRESS
154             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
155                 return (FALSE);
156         }
157         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
158         vm_map_lock_read(map);
159         /*
160          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
161          * the map hint unnecessarily.
162          */
163         save_hint = map->hint;
164         rv = vm_map_check_protection(map,
165             trunc_page((vm_offset_t)addr), round_page((vm_offset_t)addr + len), prot);
166         map->hint = save_hint;
167         vm_map_unlock_read(map);
168         
169         return (rv == TRUE);
170 }
171
172 void
173 vslock(caddr_t addr, u_int len)
174 {
175         vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
176             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
177 }
178
179 void
180 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
181 {
182         vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
183             round_page((vm_offset_t)addr + len), KM_PAGEABLE);
184 }
185
186 /*
187  * Implement fork's actions on an address space.
188  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
189  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
190  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
191  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
192  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
193  */
194 void
195 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
196 {
197         struct user *up;
198         struct thread *td2;
199
200         if ((flags & RFPROC) == 0) {
201                 /*
202                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
203                  * this changes shared memory amongst threads, into
204                  * COW locally.
205                  */
206                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
207                         if (p1->p_vmspace->vm_refcnt > 1) {
208                                 vmspace_unshare(p1);
209                         }
210                 }
211                 cpu_fork(p1, p2, flags);
212                 return;
213         }
214
215         if (flags & RFMEM) {
216                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
217                 p1->p_vmspace->vm_refcnt++;
218         }
219
220         while (vm_page_count_severe()) {
221                 VM_WAIT;
222         }
223
224         if ((flags & RFMEM) == 0) {
225                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
226
227                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
228
229                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
230                         shmfork(p1, p2);
231         }
232
233         td2 = lwkt_alloc_thread(NULL, -1);
234         pmap_init_proc(p2, td2);
235         lwkt_setpri(td2, TDPRI_KERN_USER);
236         lwkt_set_comm(td2, "%s", p1->p_comm);
237
238         up = p2->p_addr;
239
240         /*
241          * p_stats currently points at fields in the user struct
242          * but not at &u, instead at p_addr. Copy parts of
243          * p_stats; zero the rest of p_stats (statistics).
244          *
245          * If procsig->ps_refcnt is 1 and p2->p_sigacts is NULL we dont' need
246          * to share sigacts, so we use the up->u_sigacts.
247          */
248         p2->p_stats = &up->u_stats;
249         if (p2->p_sigacts == NULL) {
250                 if (p2->p_procsig->ps_refcnt != 1)
251                         printf ("PID:%d NULL sigacts with refcnt not 1!\n",p2->p_pid);
252                 p2->p_sigacts = &up->u_sigacts;
253                 up->u_sigacts = *p1->p_sigacts;
254         }
255
256         bzero(&up->u_stats.pstat_startzero,
257             (unsigned) ((caddr_t) &up->u_stats.pstat_endzero -
258                 (caddr_t) &up->u_stats.pstat_startzero));
259         bcopy(&p1->p_stats->pstat_startcopy, &up->u_stats.pstat_startcopy,
260             ((caddr_t) &up->u_stats.pstat_endcopy -
261                 (caddr_t) &up->u_stats.pstat_startcopy));
262
263
264         /*
265          * cpu_fork will copy and update the pcb, set up the kernel stack,
266          * and make the child ready to run.
267          */
268         cpu_fork(p1, p2, flags);
269 }
270
271 /*
272  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
273  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while  
274  * the process was still executing.
275  */
276 void
277 vm_waitproc(struct proc *p)
278 {
279         cpu_proc_wait(p);
280         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
281 }
282
283 /*
284  * Set default limits for VM system.
285  * Called for proc 0, and then inherited by all others.
286  *
287  * XXX should probably act directly on proc0.
288  */
289 static void
290 vm_init_limits(void *udata)
291 {
292         struct proc *p = udata;
293         int rss_limit;
294
295         /*
296          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
297          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
298          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
299          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
300          * and reduces thrashing of the object cache.
301          */
302         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
303         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
304         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
305         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
306         /* limit the limit to no less than 2MB */
307         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
308         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
309         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
310 }
311
312 void
313 faultin(struct proc *p)
314 {
315         int s;
316
317         if ((p->p_flag & P_INMEM) == 0) {
318
319                 ++p->p_lock;
320
321                 pmap_swapin_proc(p);
322
323                 s = splhigh();
324
325                 if (p->p_stat == SRUN)
326                         setrunqueue(p);
327
328                 p->p_flag |= P_INMEM;
329
330                 /* undo the effect of setting SLOCK above */
331                 --p->p_lock;
332                 splx(s);
333
334         }
335 }
336
337 /*
338  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
339  * which is process 0.
340  *
341  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
342  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
343  * time, it will be swapped in anyway.
344  */
345 /* ARGSUSED*/
346 static void
347 scheduler(void *dummy)
348 {
349         struct proc *p;
350         int pri;
351         struct proc *pp;
352         int ppri;
353
354         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
355 loop:
356         if (vm_page_count_min()) {
357                 VM_WAIT;
358                 goto loop;
359         }
360
361         pp = NULL;
362         ppri = INT_MIN;
363         for (p = allproc.lh_first; p != 0; p = p->p_list.le_next) {
364                 if (p->p_stat == SRUN &&
365                         (p->p_flag & (P_INMEM | P_SWAPPING)) == 0) {
366
367                         pri = p->p_swtime + p->p_slptime;
368                         if ((p->p_flag & P_SWAPINREQ) == 0) {
369                                 pri -= p->p_nice * 8;
370                         }
371
372                         /*
373                          * if this process is higher priority and there is
374                          * enough space, then select this process instead of
375                          * the previous selection.
376                          */
377                         if (pri > ppri) {
378                                 pp = p;
379                                 ppri = pri;
380                         }
381                 }
382         }
383
384         /*
385          * Nothing to do, back to sleep.
386          */
387         if ((p = pp) == NULL) {
388                 tsleep(&proc0, 0, "sched", 0);
389                 goto loop;
390         }
391         p->p_flag &= ~P_SWAPINREQ;
392
393         /*
394          * We would like to bring someone in. (only if there is space).
395          */
396         faultin(p);
397         p->p_swtime = 0;
398         goto loop;
399 }
400
401 #ifndef NO_SWAPPING
402
403 #define swappable(p) \
404         (((p)->p_lock == 0) && \
405                 ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_INMEM|P_WEXIT|P_SWAPPING)) == P_INMEM)
406
407
408 /*
409  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
410  */
411 static int swap_idle_threshold1 = 2;
412 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
413         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
414
415 /*
416  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
417  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.
418  */
419 static int swap_idle_threshold2 = 10;
420 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
421         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
422
423 /*
424  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
425  * procs and unwire their u-areas.  We try to always "swap" at least one
426  * process in case we need the room for a swapin.
427  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
428  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
429  * if any, otherwise the longest-resident process.
430  */
431 void
432 swapout_procs(int action)
433 {
434         struct proc *p;
435         struct proc *outp, *outp2;
436         int outpri, outpri2;
437         int didswap = 0;
438
439         outp = outp2 = NULL;
440         outpri = outpri2 = INT_MIN;
441 retry:
442         for (p = allproc.lh_first; p != 0; p = p->p_list.le_next) {
443                 struct vmspace *vm;
444                 if (!swappable(p))
445                         continue;
446
447                 vm = p->p_vmspace;
448
449                 switch (p->p_stat) {
450                 default:
451                         continue;
452
453                 case SSLEEP:
454                 case SSTOP:
455                         /*
456                          * do not swapout a realtime process
457                          */
458                         if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(p->p_rtprio.type))
459                                 continue;
460
461                         /*
462                          * YYY do not swapout a proc waiting on a critical
463                          * event.
464                          *
465                          * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
466                          */
467                         if (p->p_slptime < swap_idle_threshold1)
468                                 continue;
469
470                         /*
471                          * If the system is under memory stress, or if we
472                          * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
473                          * then swap the process out.
474                          */
475                         if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
476                                 (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
477                                   (p->p_slptime < swap_idle_threshold2)))
478                                 continue;
479
480                         ++vm->vm_refcnt;
481                         /*
482                          * do not swapout a process that is waiting for VM
483                          * data structures there is a possible deadlock.
484                          */
485                         if (lockmgr(&vm->vm_map.lock,
486                                         LK_EXCLUSIVE | LK_NOWAIT,
487                                         NULL, curthread)) {
488                                 vmspace_free(vm);
489                                 continue;
490                         }
491                         vm_map_unlock(&vm->vm_map);
492                         /*
493                          * If the process has been asleep for awhile and had
494                          * most of its pages taken away already, swap it out.
495                          */
496                         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
497                                 ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
498                                  (p->p_slptime > swap_idle_threshold2))) {
499                                 swapout(p);
500                                 vmspace_free(vm);
501                                 didswap++;
502                                 goto retry;
503                         }
504
505                         /*
506                          * cleanup our reference
507                          */
508                         vmspace_free(vm);
509                 }
510         }
511         /*
512          * If we swapped something out, and another process needed memory,
513          * then wakeup the sched process.
514          */
515         if (didswap)
516                 wakeup(&proc0);
517 }
518
519 static void
520 swapout(struct proc *p)
521 {
522
523 #if defined(SWAP_DEBUG)
524         printf("swapping out %d\n", p->p_pid);
525 #endif
526         ++p->p_stats->p_ru.ru_nswap;
527         /*
528          * remember the process resident count
529          */
530         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
531
532         (void) splhigh();
533         p->p_flag &= ~P_INMEM;
534         p->p_flag |= P_SWAPPING;
535         if (p->p_flag & P_ONRUNQ)
536                 remrunqueue(p);
537         (void) spl0();
538
539         pmap_swapout_proc(p);
540
541         p->p_flag &= ~P_SWAPPING;
542         p->p_swtime = 0;
543 }
544 #endif /* !NO_SWAPPING */