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 1.52 2007/02/25 23:17:13 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_MAX_USER_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_MAX_USER_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 proc *p1 = lp1->lwp_proc;
 230         struct thread *td2;
 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_refcnt > 1) {
 240                                 vmspace_unshare(p1);
 241                         }
 242                 }
 243                 cpu_fork(lp1, NULL, flags);
 244                 return;
 245         }
 246
 247         if (flags & RFMEM) {
 248                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 249                 p1->p_vmspace->vm_refcnt++;
 250         }
 251
 252         while (vm_page_count_severe()) {
 253                 vm_wait();
 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         td2 = lwkt_alloc_thread(NULL, LWKT_THREAD_STACK, -1, 0);
 266         pmap_init_proc(p2, td2);
 267         lwkt_setpri(td2, TDPRI_KERN_USER);
 268         lwkt_set_comm(td2, "%s", p1->p_comm);
 269
 270         /*
 271          * cpu_fork will copy and update the pcb, set up the kernel stack,
 272          * and make the child ready to run.
 273          */
 274         cpu_fork(lp1, td2->td_lwp, flags);
 275 }
 276
 277 /*
 278  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
 279  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while
 280  * the process was still executing.
 281  */
 282 void
 283 vm_waitproc(struct proc *p)
 284 {
 285         cpu_proc_wait(p);
 286         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
 287 }
 288
 289 /*
 290  * Set default limits for VM system.
 291  * Called for proc 0, and then inherited by all others.
 292  *
 293  * XXX should probably act directly on proc0.
 294  */
 295 static void
 296 vm_init_limits(void *udata)
 297 {
 298         struct proc *p = udata;
 299         int rss_limit;
 300
 301         /*
 302          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 303          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 304          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 305          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 306          * and reduces thrashing of the object cache.
 307          */
 308         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 309         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 310         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 311         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 312         /* limit the limit to no less than 2MB */
 313         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 314         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 315         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 316 }
 317
 318 /*
 319  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 320  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 321  * sleeping.
 322  */
 323 void
 324 faultin(struct proc *p)
 325 {
 326         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
 327                 /*
 328                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 329                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 330                  */
 331                 crit_enter();
 332                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 333 #ifdef INVARIANTS
 334                 if (swap_debug)
 335                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 336 #endif
 337                 wakeup(p);
 338
 339                 crit_exit();
 340         }
 341 }
 342
 343 /*
 344  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 345  * which is process 0.
 346  *
 347  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 348  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 349  * time, it will be swapped in anyway.
 350  */
 351
 352 struct scheduler_info {
 353         struct proc *pp;
 354         int ppri;
 355 };
 356
 357 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 358
 359 static void
 360 scheduler(void *dummy)
 361 {
 362         struct scheduler_info info;
 363         struct proc *p;
 364
 365         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 366 loop:
 367         scheduler_notify = 0;
 368         /*
 369          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 370          */
 371         if (vm_page_count_min()) {
 372                 vm_wait();
 373                 goto loop;
 374         }
 375
 376         /*
 377          * Look for a good candidate to wake up
 378          */
 379         info.pp = NULL;
 380         info.ppri = INT_MIN;
 381         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
 382
 383         /*
 384          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 385          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 386          * multiple requests have built up the first is processed
 387          * immediately and the rest are staggered.
 388          */
 389         if ((p = info.pp) == NULL) {
 390                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 391                 if (scheduler_notify == 0)
 392                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 393                 goto loop;
 394         }
 395
 396         /*
 397          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 398          * time and loop up.
 399          *
 400          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 401          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 402          */
 403         faultin(p);
 404         p->p_swtime = 0;
 405         PRELE(p);
 406         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 407         goto loop;
 408 }
 409
 410 static int
 411 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 412 {
 413         struct scheduler_info *info = data;
 414         struct lwp *lp;
 415         segsz_t pgs;
 416         int pri;
 417
 418         if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
 419                 pri = 0;
 420                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 421                         /* XXX lwp might need a different metric */
 422                         pri += lp->lwp_slptime;
 423                 }
 424                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 425
 426                 /*
 427                  * The more pages paged out while we were swapped,
 428                  * the more work we have to do to get up and running
 429                  * again and the lower our wakeup priority.
 430                  *
 431                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 432                  */
 433                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 434                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 435                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 436                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 437                 }
 438
 439                 /*
 440                  * If this process is higher priority and there is
 441                  * enough space, then select this process instead of
 442                  * the previous selection.
 443                  */
 444                 if (pri > info->ppri) {
 445                         if (info->pp)
 446                                 PRELE(info->pp);
 447                         PHOLD(p);
 448                         info->pp = p;
 449                         info->ppri = pri;
 450                 }
 451         }
 452         return(0);
 453 }
 454
 455 void
 456 swapin_request(void)
 457 {
 458         if (scheduler_notify == 0) {
 459                 scheduler_notify = 1;
 460                 wakeup(&scheduler_notify);
 461         }
 462 }
 463
 464 #ifndef NO_SWAPPING
 465
 466 #define swappable(p) \
 467         (((p)->p_lock == 0) && \
 468         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 469
 470
 471 /*
 472  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 473  */
 474 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 475 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 476         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
 477
 478 /*
 479  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 480  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 481  * one minute.
 482  */
 483 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 484 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 485         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
 486
 487 /*
 488  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 489  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 490  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 491  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 492  *
 493  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 494  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 495  * if any, otherwise the longest-resident process.
 496  */
 497
 498 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 499
 500 void
 501 swapout_procs(int action)
 502 {
 503         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 504 }
 505
 506 static int
 507 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 508 {
 509         struct vmspace *vm;
 510         struct lwp *lp;
 511         int action = *(int *)data;
 512         int minslp = -1;
 513
 514         if (!swappable(p))
 515                 return(0);
 516
 517         vm = p->p_vmspace;
 518
 519         /*
 520          * We only consider active processes.
 521          */
 522         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP)
 523                 return(0);
 524
 525         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 526                 /*
 527                  * do not swap out a realtime process
 528                  */
 529                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type))
 530                         return(0);
 531
 532                 /*
 533                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 534                  */
 535                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1)
 536                         return(0);
 537
 538                 /*
 539                  * If the system is under memory stress, or if we
 540                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 541                  * then swap the process out.
 542                  */
 543                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 544                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 545                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 546                         return(0);
 547                 }
 548
 549                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 550                         minslp = lp->lwp_slptime;
 551         }
 552
 553         ++vm->vm_refcnt;
 554
 555         /*
 556          * If the process has been asleep for awhile, swap
 557          * it out.
 558          */
 559         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 560             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 561              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 562                 swapout(p);
 563         }
 564
 565         /*
 566          * cleanup our reference
 567          */
 568         vmspace_free(vm);
 569
 570         return(0);
 571 }
 572
 573 static void
 574 swapout(struct proc *p)
 575 {
 576 #ifdef INVARIANTS
 577         if (swap_debug)
 578                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 579 #endif
 580         ++p->p_ru.ru_nswap;
 581         /*
 582          * remember the process resident count
 583          */
 584         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 585         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
 586         p->p_swtime = 0;
 587 }
 588
 589 #endif /* !NO_SWAPPING */
 590