kernel - Numerous VM MPSAFE fixes
[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
165         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
166             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
167         prot = rw;
168         /*
169          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
170          * page tables - they are in the map.
171          *
172          * XXX - VM_MAX_USER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
173          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
174          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
175          * used as a max in vm_mmap.c.
176          */
177         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAX_USER_ADDRESS
178             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
179                 return (FALSE);
180         }
181         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
182         vm_map_lock_read(map);
183         /*
184          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
185          * the map hint unnecessarily.
186          */
187         save_hint = map->hint;
188         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
189                                      round_page((vm_offset_t)addr + len),
190                                      prot, TRUE);
191         map->hint = save_hint;
192         vm_map_unlock_read(map);
193         
194         return (rv == TRUE);
195 }
196
197 /*
198  * No requirements.
199  */
200 void
201 vslock(caddr_t addr, u_int len)
202 {
203         if (len) {
204                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
205                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
206                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
207         }
208 }
209
210 /*
211  * No requirements.
212  */
213 void
214 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
215 {
216         if (len) {
217                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
218                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
219                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
220                             KM_PAGEABLE);
221         }
222 }
223
224 /*
225  * Implement fork's actions on an address space.
226  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
227  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
228  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
229  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
230  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
231  *
232  * No requirements.
233  */
234 void
235 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
236 {
237         if ((flags & RFPROC) == 0) {
238                 /*
239                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
240                  * this changes shared memory amongst threads, into
241                  * COW locally.
242                  */
243                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
244                         if (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 1) {
245                                 vmspace_unshare(p1);
246                         }
247                 }
248                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
249                 return;
250         }
251
252         if (flags & RFMEM) {
253                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
254                 sysref_get(&p1->p_vmspace->vm_sysref);
255         }
256
257         while (vm_page_count_severe()) {
258                 vm_wait(0);
259         }
260
261         if ((flags & RFMEM) == 0) {
262                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
263
264                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
265
266                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
267                         shmfork(p1, p2);
268         }
269
270         pmap_init_proc(p2);
271 }
272
273 /*
274  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
275  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while  
276  * the process was still executing.
277  *
278  * No requirements.
279  */
280 void
281 vm_waitproc(struct proc *p)
282 {
283         cpu_proc_wait(p);
284         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
285 }
286
287 /*
288  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
289  *
290  * Called from the low level boot code only.
291  */
292 void
293 vm_init_limits(struct proc *p)
294 {
295         int rss_limit;
296
297         /*
298          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
299          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
300          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
301          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
302          * and reduces thrashing of the object cache.
303          */
304         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
305         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
306         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
307         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
308         /* limit the limit to no less than 2MB */
309         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
310         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
311         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
312 }
313
314 /*
315  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
316  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
317  * sleeping.
318  *
319  * No requirements.
320  */
321 void
322 faultin(struct proc *p)
323 {
324         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
325                 /*
326                  * The process is waiting in the kernel to return to user
327                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
328                  */
329                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
330                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
331 #ifdef INVARIANTS
332                 if (swap_debug)
333                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
334 #endif
335                 wakeup(p);
336                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
337         }
338 }
339
340 /*
341  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
342  * which is process 0.
343  *
344  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
345  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
346  * time, it will be swapped in anyway.
347  */
348 struct scheduler_info {
349         struct proc *pp;
350         int ppri;
351 };
352
353 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
354
355 static void
356 scheduler(void *dummy)
357 {
358         struct scheduler_info info;
359         struct proc *p;
360
361         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
362 loop:
363         scheduler_notify = 0;
364         /*
365          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
366          */
367         if (vm_page_count_severe()) {
368                 vm_wait(0);
369                 goto loop;
370         }
371
372         /*
373          * Look for a good candidate to wake up
374          */
375         info.pp = NULL;
376         info.ppri = INT_MIN;
377         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
378
379         /*
380          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
381          * we are woken up, immediately process the next request.  If
382          * multiple requests have built up the first is processed 
383          * immediately and the rest are staggered.
384          */
385         if ((p = info.pp) == NULL) {
386                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
387                 if (scheduler_notify == 0)
388                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
389                 goto loop;
390         }
391
392         /*
393          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
394          * time and loop up.
395          *
396          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
397          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
398          */
399         lwkt_gettoken(&proc_token);
400         faultin(p);
401         p->p_swtime = 0;
402         PRELE(p);
403         lwkt_reltoken(&proc_token);
404         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
405         goto loop;
406 }
407
408 /*
409  * The caller must hold proc_token.
410  */
411 static int
412 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
413 {
414         struct scheduler_info *info = data;
415         struct lwp *lp;
416         segsz_t pgs;
417         int pri;
418
419         if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
420                 pri = 0;
421                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
422                         /* XXX lwp might need a different metric */
423                         pri += lp->lwp_slptime;
424                 }
425                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
426
427                 /*
428                  * The more pages paged out while we were swapped,
429                  * the more work we have to do to get up and running
430                  * again and the lower our wakeup priority.
431                  *
432                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
433                  */
434                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
435                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
436                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
437                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
438                 }
439
440                 /*
441                  * If this process is higher priority and there is
442                  * enough space, then select this process instead of
443                  * the previous selection.
444                  */
445                 if (pri > info->ppri) {
446                         if (info->pp)
447                                 PRELE(info->pp);
448                         PHOLD(p);
449                         info->pp = p;
450                         info->ppri = pri;
451                 }
452         }
453         return(0);
454 }
455
456 /*
457  * SMP races ok.
458  * No requirements.
459  */
460 void
461 swapin_request(void)
462 {
463         if (scheduler_notify == 0) {
464                 scheduler_notify = 1;
465                 wakeup(&scheduler_notify);
466         }
467 }
468
469 #ifndef NO_SWAPPING
470
471 #define swappable(p) \
472         (((p)->p_lock == 0) && \
473         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
474
475
476 /*
477  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
478  */
479 static int swap_idle_threshold1 = 15;
480 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
481         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
482
483 /*
484  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
485  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
486  * one minute.
487  */
488 static int swap_idle_threshold2 = 60;
489 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
490         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
491
492 /*
493  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
494  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
495  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question 
496  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
497  *
498  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
499  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
500  * if any, otherwise the longest-resident process.
501  */
502
503 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
504
505 /*
506  * No requirements.
507  */
508 void
509 swapout_procs(int action)
510 {
511         lwkt_gettoken(&vmspace_token);
512         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
513         lwkt_reltoken(&vmspace_token);
514 }
515
516 /*
517  * The caller must hold proc_token and vmspace_token.
518  */
519 static int
520 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
521 {
522         struct vmspace *vm;
523         struct lwp *lp;
524         int action = *(int *)data;
525         int minslp = -1;
526
527         if (!swappable(p))
528                 return(0);
529
530         lwkt_gettoken(&p->p_token);
531         vm = p->p_vmspace;
532
533         /*
534          * We only consider active processes.
535          */
536         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
537                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
538                 return(0);
539         }
540
541         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
542                 /*
543                  * do not swap out a realtime process
544                  */
545                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
546                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
547                         return(0);
548                 }
549
550                 /*
551                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
552                  */
553                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
554                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
555                         return(0);
556                 }
557
558                 /*
559                  * If the system is under memory stress, or if we
560                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
561                  * then swap the process out.
562                  */
563                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
564                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
565                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
566                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
567                         return(0);
568                 }
569
570                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
571                         minslp = lp->lwp_slptime;
572         }
573
574         sysref_get(&vm->vm_sysref);
575
576         /*
577          * If the process has been asleep for awhile, swap
578          * it out.
579          */
580         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
581             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
582              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
583                 swapout(p);
584         }
585
586         /*
587          * cleanup our reference
588          */
589         sysref_put(&vm->vm_sysref);
590         lwkt_reltoken(&p->p_token);
591
592         return(0);
593 }
594
595 /*
596  * The caller must hold proc_token and vmspace_token and p->p_token
597  */
598 static void
599 swapout(struct proc *p)
600 {
601 #ifdef INVARIANTS
602         if (swap_debug)
603                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
604 #endif
605         ++p->p_ru.ru_nswap;
606         /*
607          * remember the process resident count
608          */
609         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
610         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
611         p->p_swtime = 0;
612 }
613
614 #endif /* !NO_SWAPPING */
615