sys/vm/vm_swap.c

   1 /*
   2  * (MPSAFE)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1982, 1986, 1989, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   8  * modification, are permitted provided that the following conditions
   9  * are met:
  10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  15  * 3. All advertising materials mentioning features or use of this software
  16  *    must display the following acknowledgement:
  17  *      This product includes software developed by the University of
  18  *      California, Berkeley and its contributors.
  19  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  20  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  21  *    without specific prior written permission.
  22  *
  23  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  24  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  25  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  26  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  27  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  28  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  29  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  30  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  31  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  32  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  33  * SUCH DAMAGE.
  34  *
  35  *      @(#)vm_swap.c   8.5 (Berkeley) 2/17/94
  36  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_swap.c,v 1.96.2.2 2001/10/14 18:46:47 iedowse Exp $
  37  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_swap.c,v 1.36 2007/07/20 17:21:54 dillon Exp $
  38  */
  39
  40 #include "opt_swap.h"
  41
  42 #include <sys/param.h>
  43 #include <sys/systm.h>
  44 #include <sys/sysproto.h>
  45 #include <sys/buf.h>
  46 #include <sys/proc.h>
  47 #include <sys/priv.h>
  48 #include <sys/nlookup.h>
  49 #include <sys/sysctl.h>
  50 #include <sys/dmap.h>           /* XXX */
  51 #include <sys/vnode.h>
  52 #include <sys/fcntl.h>
  53 #include <sys/blist.h>
  54 #include <sys/kernel.h>
  55 #include <sys/lock.h>
  56 #include <sys/conf.h>
  57 #include <sys/stat.h>
  58
  59 #include <vm/vm.h>
  60 #include <vm/vm_extern.h>
  61 #include <vm/swap_pager.h>
  62 #include <vm/vm_zone.h>
  63 #include <vm/vm_param.h>
  64
  65 #include <sys/thread2.h>
  66 #include <sys/mplock2.h>
  67 #include <sys/mutex2.h>
  68 #include <sys/spinlock2.h>
  69
  70 /*
  71  * Indirect driver for multi-controller paging.
  72  */
  73
  74 #ifndef NSWAPDEV
  75 #define NSWAPDEV        4
  76 #endif
  77 static struct swdevt should_be_malloced[NSWAPDEV];
  78 struct swdevt *swdevt = should_be_malloced;     /* exported to pstat/systat */
  79 static swblk_t nswap;           /* first block after the interleaved devs */
  80 static struct mtx swap_mtx = MTX_INITIALIZER;
  81 int nswdev = NSWAPDEV;                          /* exported to pstat/systat */
  82 int vm_swap_size;
  83 int vm_swap_max;
  84
  85 static int swapoff_one(int index);
  86 struct vnode *swapdev_vp;
  87
  88 /*
  89  * (struct vnode *a_vp, struct bio *b_bio)
  90  *
  91  * vn_strategy() for swapdev_vp.  Perform swap strategy interleave device
  92  * selection.
  93  *
  94  * No requirements.
  95  */
  96 static int
  97 swapdev_strategy(struct vop_strategy_args *ap)
  98 {
  99         struct bio *bio = ap->a_bio;
 100         struct bio *nbio;
 101         struct buf *bp = bio->bio_buf;
 102         int sz, off, seg, index, blkno, nblkno;
 103         struct swdevt *sp;
 104         struct vnode *vp;
 105
 106         vp = ap->a_vp;
 107         sz = howmany(bp->b_bcount, PAGE_SIZE);
 108         blkno = (int)(bio->bio_offset >> PAGE_SHIFT);
 109
 110         /*
 111          * Convert interleaved swap into per-device swap.  Note that
 112          * the block size is left in PAGE_SIZE'd chunks (for the newswap)
 113          * here.
 114          */
 115         nbio = push_bio(bio);
 116         if (nswdev > 1) {
 117                 off = blkno % dmmax;
 118                 if (off + sz > dmmax) {
 119                         bp->b_error = EINVAL;
 120                         bp->b_flags |= B_ERROR;
 121                         biodone(bio);
 122                         return 0;
 123                 }
 124                 seg = blkno / dmmax;
 125                 index = seg % nswdev;
 126                 seg /= nswdev;
 127                 nbio->bio_offset = (off_t)(seg * dmmax + off) << PAGE_SHIFT;
 128         } else {
 129                 index = 0;
 130                 nbio->bio_offset = bio->bio_offset;
 131         }
 132         nblkno = (int)(nbio->bio_offset >> PAGE_SHIFT);
 133         sp = &swdevt[index];
 134         if (nblkno + sz > sp->sw_nblks) {
 135                 bp->b_error = EINVAL;
 136                 bp->b_flags |= B_ERROR;
 137                 /* I/O was never started on nbio, must biodone(bio) */
 138                 biodone(bio);
 139                 return 0;
 140         }
 141         if (sp->sw_vp == NULL) {
 142                 bp->b_error = ENODEV;
 143                 bp->b_flags |= B_ERROR;
 144                 /* I/O was never started on nbio, must biodone(bio) */
 145                 biodone(bio);
 146                 return 0;
 147         }
 148
 149         /*
 150          * Issue a strategy call on the appropriate swap vnode.  Note that
 151          * bp->b_vp is not modified.  Strategy code is always supposed to
 152          * use the passed vp.
 153          *
 154          * We have to use vn_strategy() here even if we know we have a
 155          * device in order to properly break up requests which exceed the
 156          * device's DMA limits.
 157          */
 158         vn_strategy(sp->sw_vp, nbio);
 159         return 0;
 160 }
 161
 162 static int
 163 swapdev_inactive(struct vop_inactive_args *ap)
 164 {
 165         vrecycle(ap->a_vp);
 166         return(0);
 167 }
 168
 169 static int
 170 swapdev_reclaim(struct vop_reclaim_args *ap)
 171 {
 172         return(0);
 173 }
 174
 175 /*
 176  * Create a special vnode op vector for swapdev_vp - we only use
 177  * vn_strategy(), everything else returns an error.
 178  */
 179 static struct vop_ops swapdev_vnode_vops = {
 180         .vop_default =          vop_defaultop,
 181         .vop_strategy =         swapdev_strategy,
 182         .vop_inactive =         swapdev_inactive,
 183         .vop_reclaim =          swapdev_reclaim
 184 };
 185 static struct vop_ops *swapdev_vnode_vops_p = &swapdev_vnode_vops;
 186
 187 VNODEOP_SET(swapdev_vnode_vops);
 188
 189 /*
 190  * swapon_args(char *name)
 191  *
 192  * System call swapon(name) enables swapping on device name,
 193  * which must be in the swdevsw.  Return EBUSY
 194  * if already swapping on this device.
 195  *
 196  * No requirements.
 197  */
 198 int
 199 sys_swapon(struct swapon_args *uap)
 200 {
 201         struct thread *td = curthread;
 202         struct vattr attr;
 203         struct vnode *vp;
 204         struct nlookupdata nd;
 205         int error;
 206         struct ucred *cred;
 207
 208         cred = td->td_ucred;
 209
 210         error = priv_check(td, PRIV_ROOT);
 211         if (error)
 212                 return (error);
 213
 214         mtx_lock(&swap_mtx);
 215         get_mplock();
 216         vp = NULL;
 217         error = nlookup_init(&nd, uap->name, UIO_USERSPACE, NLC_FOLLOW);
 218         if (error == 0)
 219                 error = nlookup(&nd);
 220         if (error == 0)
 221                 error = cache_vref(&nd.nl_nch, nd.nl_cred, &vp);
 222         nlookup_done(&nd);
 223         if (error) {
 224                 rel_mplock();
 225                 mtx_unlock(&swap_mtx);
 226                 return (error);
 227         }
 228
 229         if (vn_isdisk(vp, &error)) {
 230                 error = swaponvp(td, vp, 0);
 231         } else if (vp->v_type == VREG && vp->v_tag == VT_NFS &&
 232                    (error = VOP_GETATTR(vp, &attr)) == 0) {
 233                 /*
 234                  * Allow direct swapping to NFS regular files in the same
 235                  * way that nfs_mountroot() sets up diskless swapping.
 236                  */
 237                 error = swaponvp(td, vp, attr.va_size / DEV_BSIZE);
 238         }
 239         if (error)
 240                 vrele(vp);
 241         rel_mplock();
 242         mtx_unlock(&swap_mtx);
 243
 244         return (error);
 245 }
 246
 247 /*
 248  * Swfree(index) frees the index'th portion of the swap map.
 249  * Each of the nswdev devices provides 1/nswdev'th of the swap
 250  * space, which is laid out with blocks of dmmax pages circularly
 251  * among the devices.
 252  *
 253  * The new swap code uses page-sized blocks.  The old swap code used
 254  * DEV_BSIZE'd chunks.
 255  *
 256  * XXX locking when multiple swapon's run in parallel
 257  */
 258 int
 259 swaponvp(struct thread *td, struct vnode *vp, u_quad_t nblks)
 260 {
 261         swblk_t aligned_nblks;
 262         int64_t dpsize;
 263         struct ucred *cred;
 264         struct swdevt *sp;
 265         swblk_t vsbase;
 266         swblk_t dvbase;
 267         cdev_t dev;
 268         int index;
 269         int error;
 270         swblk_t blk;
 271
 272         cred = td->td_ucred;
 273
 274         lwkt_gettoken(&vm_token);       /* needed for vm_swap_size and blist */
 275         mtx_lock(&swap_mtx);
 276
 277         if (!swapdev_vp) {
 278                 error = getspecialvnode(VT_NON, NULL, &swapdev_vnode_vops_p,
 279                                     &swapdev_vp, 0, 0);
 280                 if (error)
 281                         panic("Cannot get vnode for swapdev");
 282                 swapdev_vp->v_type = VNON;      /* Untyped */
 283                 vx_unlock(swapdev_vp);
 284         }
 285
 286         for (sp = swdevt, index = 0 ; index < nswdev; index++, sp++) {
 287                 if (sp->sw_vp == vp) {
 288                         error = EBUSY;
 289                         goto done;
 290                 }
 291                 if (!sp->sw_vp)
 292                         goto found;
 293
 294         }
 295         error = EINVAL;
 296         goto done;
 297     found:
 298         vn_lock(vp, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY);
 299         error = VOP_OPEN(vp, FREAD | FWRITE, cred, NULL);
 300         vn_unlock(vp);
 301         if (error)
 302                 goto done;
 303
 304         /*
 305          * v_rdev is not valid until after the VOP_OPEN() call.  dev_psize()
 306          * must be supported if a character device has been specified.
 307          */
 308         if (vp->v_type == VCHR)
 309                 dev = vp->v_rdev;
 310         else
 311                 dev = NULL;
 312
 313         if (nblks == 0 && dev != NULL) {
 314                 dpsize = dev_dpsize(dev);
 315                 if (dpsize == -1) {
 316                         VOP_CLOSE(vp, FREAD | FWRITE);
 317                         error = ENXIO;
 318                         goto done;
 319                 }
 320                 nblks = (u_quad_t)dpsize;
 321         }
 322         if (nblks == 0) {
 323                 VOP_CLOSE(vp, FREAD | FWRITE);
 324                 error = ENXIO;
 325                 goto done;
 326         }
 327
 328         /*
 329          * nblks is in DEV_BSIZE'd chunks, convert to PAGE_SIZE'd chunks.
 330          * First chop nblks off to page-align it, then convert.
 331          *
 332          * sw->sw_nblks is in page-sized chunks now too.
 333          */
 334         nblks &= ~(u_quad_t)(ctodb(1) - 1);
 335         nblks = dbtoc(nblks);
 336
 337         /*
 338          * Post-conversion nblks must not be >= BLIST_MAXBLKS, and
 339          * we impose a 4-swap-device limit so we have to divide it out
 340          * further.  Going beyond this will result in overflows in the
 341          * blist code.
 342          *
 343          * Post-conversion nblks must fit within a (swblk_t), which
 344          * this test also ensures.
 345          */
 346         if (nblks > BLIST_MAXBLKS / nswdev) {
 347                 kprintf("exceeded maximum of %d blocks per swap unit\n",
 348                         (int)BLIST_MAXBLKS / nswdev);
 349                 VOP_CLOSE(vp, FREAD | FWRITE);
 350                 error = ENXIO;
 351                 goto done;
 352         }
 353
 354         sp->sw_vp = vp;
 355         sp->sw_dev = dev2udev(dev);
 356         sp->sw_device = dev;
 357         sp->sw_flags = SW_FREED;
 358         sp->sw_nused = 0;
 359
 360         /*
 361          * nblks, nswap, and dmmax are PAGE_SIZE'd parameters now, not
 362          * DEV_BSIZE'd.   aligned_nblks is used to calculate the
 363          * size of the swap bitmap, taking into account the stripe size.
 364          */
 365         aligned_nblks = (swblk_t)((nblks + (dmmax - 1)) & ~(u_long)(dmmax - 1));
 366         sp->sw_nblks = aligned_nblks;
 367
 368         if (aligned_nblks * nswdev > nswap)
 369                 nswap = aligned_nblks * nswdev;
 370
 371         if (swapblist == NULL)
 372                 swapblist = blist_create(nswap);
 373         else
 374                 blist_resize(&swapblist, nswap, 0);
 375
 376         for (dvbase = dmmax; dvbase < aligned_nblks; dvbase += dmmax) {
 377                 blk = min(aligned_nblks - dvbase, dmmax);
 378                 vsbase = index * dmmax + dvbase * nswdev;
 379                 blist_free(swapblist, vsbase, blk);
 380                 vm_swap_size += blk;
 381                 vm_swap_max += blk;
 382         }
 383         swap_pager_newswap();
 384         error = 0;
 385 done:
 386         mtx_unlock(&swap_mtx);
 387         lwkt_reltoken(&vm_token);
 388         return (error);
 389 }
 390
 391 /*
 392  * swapoff_args(char *name)
 393  *
 394  * System call swapoff(name) disables swapping on device name,
 395  * which must be an active swap device. Return ENOMEM
 396  * if there is not enough memory to page in the contents of
 397  * the given device.
 398  *
 399  * No requirements.
 400  */
 401 int
 402 sys_swapoff(struct swapoff_args *uap)
 403 {
 404         struct vnode *vp;
 405         struct nlookupdata nd;
 406         struct swdevt *sp;
 407         int error, index;
 408
 409         error = priv_check(curthread, PRIV_ROOT);
 410         if (error)
 411                 return (error);
 412
 413         mtx_lock(&swap_mtx);
 414         get_mplock();
 415         vp = NULL;
 416         error = nlookup_init(&nd, uap->name, UIO_USERSPACE, NLC_FOLLOW);
 417         if (error == 0)
 418                 error = nlookup(&nd);
 419         if (error == 0)
 420                 error = cache_vref(&nd.nl_nch, nd.nl_cred, &vp);
 421         nlookup_done(&nd);
 422         if (error)
 423                 goto done;
 424
 425         for (sp = swdevt, index = 0; index < nswdev; index++, sp++) {
 426                 if (sp->sw_vp == vp)
 427                         goto found;
 428         }
 429         error = EINVAL;
 430         goto done;
 431 found:
 432         error = swapoff_one(index);
 433
 434 done:
 435         rel_mplock();
 436         mtx_unlock(&swap_mtx);
 437         return (error);
 438 }
 439
 440 static int
 441 swapoff_one(int index)
 442 {
 443         swblk_t blk, aligned_nblks;
 444         swblk_t dvbase, vsbase;
 445         u_int pq_active_clean, pq_inactive_clean;
 446         struct swdevt *sp;
 447         struct vm_page marker;
 448         vm_page_t m;
 449         int q;
 450
 451         mtx_lock(&swap_mtx);
 452
 453         sp = &swdevt[index];
 454         aligned_nblks = sp->sw_nblks;
 455         pq_active_clean = pq_inactive_clean = 0;
 456
 457         /*
 458          * We can turn off this swap device safely only if the
 459          * available virtual memory in the system will fit the amount
 460          * of data we will have to page back in, plus an epsilon so
 461          * the system doesn't become critically low on swap space.
 462          */
 463         for (q = 0; q < PQ_L2_SIZE; ++q) {
 464                 bzero(&marker, sizeof(marker));
 465                 marker.flags = PG_BUSY | PG_FICTITIOUS | PG_MARKER;
 466                 marker.queue = PQ_ACTIVE + q;
 467                 marker.pc = q;
 468                 marker.wire_count = 1;
 469
 470                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
 471                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
 472                                   &marker, pageq);
 473
 474                 while ((m = TAILQ_NEXT(&marker, pageq)) != NULL) {
 475                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
 476                                      &marker, pageq);
 477                         TAILQ_INSERT_AFTER(&vm_page_queues[marker.queue].pl, m,
 478                                            &marker, pageq);
 479                         if (m->flags & (PG_MARKER | PG_FICTITIOUS))
 480                                 continue;
 481
 482                         if (vm_page_busy_try(m, FALSE) == 0) {
 483                                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
 484                                 if (m->dirty == 0) {
 485                                         vm_page_test_dirty(m);
 486                                         if (m->dirty == 0)
 487                                                 ++pq_active_clean;
 488                                 }
 489                                 vm_page_wakeup(m);
 490                                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
 491                         }
 492                 }
 493                 TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[marker.queue].pl, &marker, pageq);
 494                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
 495
 496                 marker.queue = PQ_INACTIVE + q;
 497                 marker.pc = q;
 498                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
 499                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
 500                                   &marker, pageq);
 501
 502                 while ((m = TAILQ_NEXT(&marker, pageq)) != NULL) {
 503                         TAILQ_REMOVE(
 504                                 &vm_page_queues[marker.queue].pl,
 505                                 &marker, pageq);
 506                         TAILQ_INSERT_AFTER(
 507                                 &vm_page_queues[marker.queue].pl,
 508                                 m, &marker, pageq);
 509                         if (m->flags & (PG_MARKER | PG_FICTITIOUS))
 510                                 continue;
 511
 512                         if (vm_page_busy_try(m, FALSE) == 0) {
 513                                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
 514                                 if (m->dirty == 0) {
 515                                         vm_page_test_dirty(m);
 516                                         if (m->dirty == 0)
 517                                                 ++pq_inactive_clean;
 518                                 }
 519                                 vm_page_wakeup(m);
 520                                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
 521                         }
 522                 }
 523                 TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
 524                              &marker, pageq);
 525                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
 526         }
 527
 528         if (vmstats.v_free_count + vmstats.v_cache_count + pq_active_clean +
 529             pq_inactive_clean + vm_swap_size < aligned_nblks + nswap_lowat) {
 530                 mtx_unlock(&swap_mtx);
 531                 return (ENOMEM);
 532         }
 533
 534         /*
 535          * Prevent further allocations on this device
 536          */
 537         sp->sw_flags |= SW_CLOSING;
 538         for (dvbase = dmmax; dvbase < aligned_nblks; dvbase += dmmax) {
 539                 blk = min(aligned_nblks - dvbase, dmmax);
 540                 vsbase = index * dmmax + dvbase * nswdev;
 541                 vm_swap_size -= blist_fill(swapblist, vsbase, blk);
 542                 vm_swap_max -= blk;
 543         }
 544
 545         /*
 546          * Page in the contents of the device and close it.
 547          */
 548         if (swap_pager_swapoff(index)) {
 549                 mtx_unlock(&swap_mtx);
 550                 return (EINTR);
 551         }
 552
 553         VOP_CLOSE(sp->sw_vp, FREAD | FWRITE);
 554         vrele(sp->sw_vp);
 555         bzero(swdevt + index, sizeof(struct swdevt));
 556
 557         /*
 558          * Resize the bitmap based on the nem largest swap device,
 559          * or free the bitmap if there are no more devices.
 560          */
 561         for (sp = swdevt, aligned_nblks = 0; sp < swdevt + nswdev; sp++) {
 562                 if (sp->sw_vp)
 563                         aligned_nblks = max(aligned_nblks, sp->sw_nblks);
 564         }
 565
 566         nswap = aligned_nblks * nswdev;
 567
 568         if (nswap == 0) {
 569                 blist_destroy(swapblist);
 570                 swapblist = NULL;
 571                 vrele(swapdev_vp);
 572                 swapdev_vp = NULL;
 573         } else {
 574                 blist_resize(&swapblist, nswap, 0);
 575         }
 576
 577         mtx_unlock(&swap_mtx);
 578         return (0);
 579 }
 580
 581 /*
 582  * Account for swap space in individual swdevt's.  The caller ensures
 583  * that the provided range falls into a single swdevt.
 584  *
 585  * +count       space freed
 586  * -count       space allocated
 587  */
 588 void
 589 swapacctspace(swblk_t base, swblk_t count)
 590 {
 591         int index;
 592         int seg;
 593
 594         vm_swap_size += count;
 595         seg = base / dmmax;
 596         index = seg % nswdev;
 597         swdevt[index].sw_nused -= count;
 598 }
 599
 600 /*
 601  * Retrieve swap info
 602  */
 603 static int
 604 sysctl_vm_swap_info(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
 605 {
 606         struct xswdev xs;
 607         struct swdevt *sp;
 608         int     error;
 609         int     n;
 610
 611         error = 0;
 612         for (n = 0; n < nswdev; ++n) {
 613                 sp = &swdevt[n];
 614
 615                 xs.xsw_size = sizeof(xs);
 616                 xs.xsw_version = XSWDEV_VERSION;
 617                 xs.xsw_blksize = PAGE_SIZE;
 618                 xs.xsw_dev = sp->sw_dev;
 619                 xs.xsw_flags = sp->sw_flags;
 620                 xs.xsw_nblks = sp->sw_nblks;
 621                 xs.xsw_used = sp->sw_nused;
 622
 623                 error = SYSCTL_OUT(req, &xs, sizeof(xs));
 624                 if (error)
 625                         break;
 626         }
 627         return (error);
 628 }
 629
 630 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, nswapdev, CTLFLAG_RD, &nswdev, 0,
 631            "Number of swap devices");
 632 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, swap_info_array, CTLFLAG_RD, sysctl_vm_swap_info,
 633             "Swap statistics by device");