74d7dfbb5a7725bbb1da472a271b1051411ecb73
[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 1.44 2006/09/19 11:47:36 corecode 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 #include <sys/thread2.h>
95
96 /*
97  * System initialization
98  *
99  * Note: proc0 from proc.h
100  */
101
102 static void vm_init_limits (void *);
103 SYSINIT(vm_limits, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_FIRST, vm_init_limits, &proc0)
104
105 /*
106  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
107  *
108  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
109  */
110 static void scheduler (void *);
111 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
112
113 #ifdef INVARIANTS
114
115 static int swap_debug = 0;
116 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
117         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
118
119 #endif
120
121 static int scheduler_notify;
122
123 static void swapout (struct proc *);
124
125 int
126 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
127 {
128         boolean_t rv;
129         vm_offset_t saddr, eaddr;
130         vm_prot_t prot;
131
132         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
133             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)\n", rw));
134
135         /*
136          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
137          * check access separately.
138          */
139         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
140                 return (TRUE);
141
142         /*
143          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
144          */
145         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map->max_offset ||
146             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
147                 return (FALSE);
148         }
149         prot = rw;
150         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
151         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
152         vm_map_lock_read(kernel_map);
153         rv = vm_map_check_protection(kernel_map, saddr, eaddr, prot);
154         vm_map_unlock_read(kernel_map);
155         return (rv == TRUE);
156 }
157
158 int
159 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
160 {
161         boolean_t rv;
162         vm_prot_t prot;
163         vm_map_t map;
164         vm_map_entry_t save_hint;
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          * XXX - VM_MAXUSER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
174          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
175          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
176          * used as a max in vm_mmap.c.
177          */
178         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAXUSER_ADDRESS
179             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
180                 return (FALSE);
181         }
182         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
183         vm_map_lock_read(map);
184         /*
185          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
186          * the map hint unnecessarily.
187          */
188         save_hint = map->hint;
189         rv = vm_map_check_protection(map,
190             trunc_page((vm_offset_t)addr), round_page((vm_offset_t)addr + len), prot);
191         map->hint = save_hint;
192         vm_map_unlock_read(map);
193         
194         return (rv == TRUE);
195 }
196
197 void
198 vslock(caddr_t addr, u_int len)
199 {
200         if (len) {
201                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
202                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
203                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
204         }
205 }
206
207 void
208 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
209 {
210         if (len) {
211                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
212                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
213                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
214                             KM_PAGEABLE);
215         }
216 }
217
218 /*
219  * Implement fork's actions on an address space.
220  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
221  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
222  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
223  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
224  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
225  */
226 void
227 vm_fork(struct lwp *lp1, struct proc *p2, int flags)
228 {
229         struct user *up;
230         struct proc *p1 = lp1->lwp_proc;
231         struct thread *td2;
232
233         if ((flags & RFPROC) == 0) {
234                 /*
235                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
236                  * this changes shared memory amongst threads, into
237                  * COW locally.
238                  */
239                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
240                         if (p1->p_vmspace->vm_refcnt > 1) {
241                                 vmspace_unshare(p1);
242                         }
243                 }
244                 cpu_fork(lp1, NULL, flags);
245                 return;
246         }
247
248         if (flags & RFMEM) {
249                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
250                 p1->p_vmspace->vm_refcnt++;
251         }
252
253         while (vm_page_count_severe()) {
254                 vm_wait();
255         }
256
257         if ((flags & RFMEM) == 0) {
258                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
259
260                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
261
262                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
263                         shmfork(p1, p2);
264         }
265
266         td2 = lwkt_alloc_thread(NULL, LWKT_THREAD_STACK, -1, 0);
267         pmap_init_proc(p2, td2);
268         lwkt_setpri(td2, TDPRI_KERN_USER);
269         lwkt_set_comm(td2, "%s", p1->p_comm);
270
271         up = p2->p_addr;
272
273         /*
274          * p_stats currently points at fields in the user struct
275          * but not at &u, instead at p_addr. Copy parts of
276          * p_stats; zero the rest of p_stats (statistics).
277          *
278          * If procsig->ps_refcnt is 1 and p2->p_sigacts is NULL we dont' need
279          * to share sigacts, so we use the up->u_sigacts.
280          */
281         p2->p_stats = &up->u_stats;
282         if (p2->p_sigacts == NULL) {
283                 if (p2->p_procsig->ps_refcnt != 1)
284                         printf ("PID:%d NULL sigacts with refcnt not 1!\n",p2->p_pid);
285                 p2->p_sigacts = &up->u_sigacts;
286                 up->u_sigacts = *p1->p_sigacts;
287         }
288
289         bzero(&up->u_stats, sizeof(struct pstats));
290
291         /*
292          * cpu_fork will copy and update the pcb, set up the kernel stack,
293          * and make the child ready to run.
294          */
295         cpu_fork(lp1, td2->td_lwp, flags);
296 }
297
298 /*
299  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
300  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while  
301  * the process was still executing.
302  */
303 void
304 vm_waitproc(struct proc *p)
305 {
306         p->p_stats = NULL;
307         cpu_proc_wait(p);
308         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
309 }
310
311 /*
312  * Set default limits for VM system.
313  * Called for proc 0, and then inherited by all others.
314  *
315  * XXX should probably act directly on proc0.
316  */
317 static void
318 vm_init_limits(void *udata)
319 {
320         struct proc *p = udata;
321         int rss_limit;
322
323         /*
324          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
325          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
326          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
327          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
328          * and reduces thrashing of the object cache.
329          */
330         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
331         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
332         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
333         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
334         /* limit the limit to no less than 2MB */
335         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
336         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
337         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
338 }
339
340 /*
341  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
342  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
343  * sleeping.
344  */
345 void
346 faultin(struct proc *p)
347 {
348         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
349                 /*
350                  * The process is waiting in the kernel to return to user
351                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
352                  */
353                 crit_enter();
354                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
355 #ifdef INVARIANTS
356                 if (swap_debug)
357                         printf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
358 #endif
359                 wakeup(p);
360
361                 crit_exit();
362         }
363 }
364
365 /*
366  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
367  * which is process 0.
368  *
369  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
370  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
371  * time, it will be swapped in anyway.
372  */
373
374 struct scheduler_info {
375         struct proc *pp;
376         int ppri;
377 };
378
379 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
380
381 static void
382 scheduler(void *dummy)
383 {
384         struct scheduler_info info;
385         struct proc *p;
386
387         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
388 loop:
389         scheduler_notify = 0;
390         /*
391          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
392          */
393         if (vm_page_count_min()) {
394                 vm_wait();
395                 goto loop;
396         }
397
398         /*
399          * Look for a good candidate to wake up
400          */
401         info.pp = NULL;
402         info.ppri = INT_MIN;
403         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
404
405         /*
406          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
407          * we are woken up, immediately process the next request.  If
408          * multiple requests have built up the first is processed 
409          * immediately and the rest are staggered.
410          */
411         if ((p = info.pp) == NULL) {
412                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
413                 if (scheduler_notify == 0)
414                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
415                 goto loop;
416         }
417
418         /*
419          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
420          * time and loop up.
421          *
422          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
423          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
424          */
425         faultin(p);
426         p->p_swtime = 0;
427         PRELE(p);
428         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
429         goto loop;
430 }
431
432 static int
433 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
434 {
435         struct scheduler_info *info = data;
436         segsz_t pgs;
437         int pri;
438
439         if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
440                 pri = p->p_swtime + p->p_slptime - p->p_nice * 8;
441
442                 /*
443                  * The more pages paged out while we were swapped,
444                  * the more work we have to do to get up and running
445                  * again and the lower our wakeup priority.
446                  *
447                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
448                  */
449                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
450                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
451                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
452                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
453                 }
454
455                 /*
456                  * If this process is higher priority and there is
457                  * enough space, then select this process instead of
458                  * the previous selection.
459                  */
460                 if (pri > info->ppri) {
461                         if (info->pp)
462                                 PRELE(info->pp);
463                         PHOLD(p);
464                         info->pp = p;
465                         info->ppri = pri;
466                 }
467         }
468         return(0);
469 }
470
471 void
472 swapin_request(void)
473 {
474         if (scheduler_notify == 0) {
475                 scheduler_notify = 1;
476                 wakeup(&scheduler_notify);
477         }
478 }
479
480 #ifndef NO_SWAPPING
481
482 #define swappable(p) \
483         (((p)->p_lock == 0) && \
484         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
485
486
487 /*
488  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
489  */
490 static int swap_idle_threshold1 = 15;
491 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
492         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
493
494 /*
495  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
496  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
497  * one minute.
498  */
499 static int swap_idle_threshold2 = 60;
500 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
501         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
502
503 /*
504  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
505  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
506  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question 
507  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
508  *
509  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
510  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
511  * if any, otherwise the longest-resident process.
512  */
513
514 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
515
516 void
517 swapout_procs(int action)
518 {
519         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
520 }
521
522 static int
523 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
524 {
525         struct vmspace *vm;
526         int action = *(int *)data;
527
528         if (!swappable(p))
529                 return(0);
530
531         vm = p->p_vmspace;
532
533         if (p->p_stat == SSLEEP || p->p_stat == SRUN) {
534                 /*
535                  * do not swap out a realtime process
536                  */
537                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(p->p_lwp.lwp_rtprio.type))
538                         return(0);
539
540                 /*
541                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
542                  */
543                 if (p->p_slptime < swap_idle_threshold1)
544                         return(0);
545
546                 /*
547                  * If the system is under memory stress, or if we
548                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
549                  * then swap the process out.
550                  */
551                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
552                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
553                      (p->p_slptime < swap_idle_threshold2))) {
554                         return(0);
555                 }
556
557                 ++vm->vm_refcnt;
558
559                 /*
560                  * If the process has been asleep for awhile, swap
561                  * it out.
562                  */
563                 if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
564                     ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
565                      (p->p_slptime > swap_idle_threshold2))) {
566                         swapout(p);
567                 }
568
569                 /*
570                  * cleanup our reference
571                  */
572                 vmspace_free(vm);
573         }
574         return(0);
575 }
576
577 static void
578 swapout(struct proc *p)
579 {
580 #ifdef INVARIANTS
581         if (swap_debug)
582                 printf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
583 #endif
584         ++p->p_stats->p_ru.ru_nswap;
585         /*
586          * remember the process resident count
587          */
588         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
589         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
590         p->p_swtime = 0;
591 }
592
593 #endif /* !NO_SWAPPING */
594