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 1.54 2007/04/29 18:25:41 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 #include <sys/thread2.h>
  95 #include <sys/sysref2.h>
  96
  97 /*
  98  * System initialization
  99  *
 100  * Note: proc0 from proc.h
 101  */
 102
 103 static void vm_init_limits (void *);
 104 SYSINIT(vm_limits, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_FIRST, vm_init_limits, &proc0)
 105
 106 /*
 107  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
 108  *
 109  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
 110  */
 111 static void scheduler (void *);
 112 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
 113
 114 #ifdef INVARIANTS
 115
 116 static int swap_debug = 0;
 117 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 118         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 119
 120 #endif
 121
 122 static int scheduler_notify;
 123
 124 static void swapout (struct proc *);
 125
 126 int
 127 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 128 {
 129         boolean_t rv;
 130         vm_offset_t saddr, eaddr;
 131         vm_prot_t prot;
 132
 133         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 134             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)\n", rw));
 135
 136         /*
 137          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 138          * check access separately.
 139          */
 140         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 141                 return (TRUE);
 142
 143         /*
 144          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 145          */
 146         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 147             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 148                 return (FALSE);
 149         }
 150         prot = rw;
 151         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 152         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 153         vm_map_lock_read(&kernel_map);
 154         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot);
 155         vm_map_unlock_read(&kernel_map);
 156         return (rv == TRUE);
 157 }
 158
 159 int
 160 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 161 {
 162         boolean_t rv;
 163         vm_prot_t prot;
 164         vm_map_t map;
 165         vm_map_entry_t save_hint;
 166
 167         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 168             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
 169         prot = rw;
 170         /*
 171          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 172          * page tables - they are in the map.
 173          *
 174          * XXX - VM_MAX_USER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
 175          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
 176          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
 177          * used as a max in vm_mmap.c.
 178          */
 179         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAX_USER_ADDRESS
 180             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
 181                 return (FALSE);
 182         }
 183         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 184         vm_map_lock_read(map);
 185         /*
 186          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 187          * the map hint unnecessarily.
 188          */
 189         save_hint = map->hint;
 190         rv = vm_map_check_protection(map,
 191             trunc_page((vm_offset_t)addr), round_page((vm_offset_t)addr + len), prot);
 192         map->hint = save_hint;
 193         vm_map_unlock_read(map);
 194
 195         return (rv == TRUE);
 196 }
 197
 198 void
 199 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 200 {
 201         if (len) {
 202                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 203                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 204                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 205         }
 206 }
 207
 208 void
 209 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 210 {
 211         if (len) {
 212                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 213                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 214                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 215                             KM_PAGEABLE);
 216         }
 217 }
 218
 219 /*
 220  * Implement fork's actions on an address space.
 221  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 222  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 223  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 224  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 225  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 226  */
 227 void
 228 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 229 {
 230         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 231                 /*
 232                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 233                  * this changes shared memory amongst threads, into
 234                  * COW locally.
 235                  */
 236                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 237                         if (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 1) {
 238                                 vmspace_unshare(p1);
 239                         }
 240                 }
 241                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 242                 return;
 243         }
 244
 245         if (flags & RFMEM) {
 246                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 247                 sysref_get(&p1->p_vmspace->vm_sysref);
 248         }
 249
 250         while (vm_page_count_severe()) {
 251                 vm_wait();
 252         }
 253
 254         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 255                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 256
 257                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 258
 259                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 260                         shmfork(p1, p2);
 261         }
 262
 263         pmap_init_proc(p2);
 264 }
 265
 266 /*
 267  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
 268  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while
 269  * the process was still executing.
 270  */
 271 void
 272 vm_waitproc(struct proc *p)
 273 {
 274         cpu_proc_wait(p);
 275         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
 276 }
 277
 278 /*
 279  * Set default limits for VM system.
 280  * Called for proc 0, and then inherited by all others.
 281  *
 282  * XXX should probably act directly on proc0.
 283  */
 284 static void
 285 vm_init_limits(void *udata)
 286 {
 287         struct proc *p = udata;
 288         int rss_limit;
 289
 290         /*
 291          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 292          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 293          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 294          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 295          * and reduces thrashing of the object cache.
 296          */
 297         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 298         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 299         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 300         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 301         /* limit the limit to no less than 2MB */
 302         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 303         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 304         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 305 }
 306
 307 /*
 308  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 309  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 310  * sleeping.
 311  */
 312 void
 313 faultin(struct proc *p)
 314 {
 315         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
 316                 /*
 317                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 318                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 319                  */
 320                 crit_enter();
 321                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 322 #ifdef INVARIANTS
 323                 if (swap_debug)
 324                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 325 #endif
 326                 wakeup(p);
 327
 328                 crit_exit();
 329         }
 330 }
 331
 332 /*
 333  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 334  * which is process 0.
 335  *
 336  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 337  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 338  * time, it will be swapped in anyway.
 339  */
 340
 341 struct scheduler_info {
 342         struct proc *pp;
 343         int ppri;
 344 };
 345
 346 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 347
 348 static void
 349 scheduler(void *dummy)
 350 {
 351         struct scheduler_info info;
 352         struct proc *p;
 353
 354         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 355 loop:
 356         scheduler_notify = 0;
 357         /*
 358          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 359          */
 360         if (vm_page_count_min()) {
 361                 vm_wait();
 362                 goto loop;
 363         }
 364
 365         /*
 366          * Look for a good candidate to wake up
 367          */
 368         info.pp = NULL;
 369         info.ppri = INT_MIN;
 370         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
 371
 372         /*
 373          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 374          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 375          * multiple requests have built up the first is processed
 376          * immediately and the rest are staggered.
 377          */
 378         if ((p = info.pp) == NULL) {
 379                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 380                 if (scheduler_notify == 0)
 381                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 382                 goto loop;
 383         }
 384
 385         /*
 386          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 387          * time and loop up.
 388          *
 389          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 390          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 391          */
 392         faultin(p);
 393         p->p_swtime = 0;
 394         PRELE(p);
 395         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 396         goto loop;
 397 }
 398
 399 static int
 400 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 401 {
 402         struct scheduler_info *info = data;
 403         struct lwp *lp;
 404         segsz_t pgs;
 405         int pri;
 406
 407         if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
 408                 pri = 0;
 409                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 410                         /* XXX lwp might need a different metric */
 411                         pri += lp->lwp_slptime;
 412                 }
 413                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 414
 415                 /*
 416                  * The more pages paged out while we were swapped,
 417                  * the more work we have to do to get up and running
 418                  * again and the lower our wakeup priority.
 419                  *
 420                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 421                  */
 422                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 423                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 424                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 425                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 426                 }
 427
 428                 /*
 429                  * If this process is higher priority and there is
 430                  * enough space, then select this process instead of
 431                  * the previous selection.
 432                  */
 433                 if (pri > info->ppri) {
 434                         if (info->pp)
 435                                 PRELE(info->pp);
 436                         PHOLD(p);
 437                         info->pp = p;
 438                         info->ppri = pri;
 439                 }
 440         }
 441         return(0);
 442 }
 443
 444 void
 445 swapin_request(void)
 446 {
 447         if (scheduler_notify == 0) {
 448                 scheduler_notify = 1;
 449                 wakeup(&scheduler_notify);
 450         }
 451 }
 452
 453 #ifndef NO_SWAPPING
 454
 455 #define swappable(p) \
 456         (((p)->p_lock == 0) && \
 457         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 458
 459
 460 /*
 461  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 462  */
 463 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 464 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 465         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
 466
 467 /*
 468  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 469  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 470  * one minute.
 471  */
 472 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 473 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 474         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
 475
 476 /*
 477  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 478  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 479  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 480  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 481  *
 482  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 483  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 484  * if any, otherwise the longest-resident process.
 485  */
 486
 487 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 488
 489 void
 490 swapout_procs(int action)
 491 {
 492         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 493 }
 494
 495 static int
 496 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 497 {
 498         struct vmspace *vm;
 499         struct lwp *lp;
 500         int action = *(int *)data;
 501         int minslp = -1;
 502
 503         if (!swappable(p))
 504                 return(0);
 505
 506         vm = p->p_vmspace;
 507
 508         /*
 509          * We only consider active processes.
 510          */
 511         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP)
 512                 return(0);
 513
 514         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 515                 /*
 516                  * do not swap out a realtime process
 517                  */
 518                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type))
 519                         return(0);
 520
 521                 /*
 522                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 523                  */
 524                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1)
 525                         return(0);
 526
 527                 /*
 528                  * If the system is under memory stress, or if we
 529                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 530                  * then swap the process out.
 531                  */
 532                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 533                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 534                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 535                         return(0);
 536                 }
 537
 538                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 539                         minslp = lp->lwp_slptime;
 540         }
 541
 542         sysref_get(&vm->vm_sysref);
 543
 544         /*
 545          * If the process has been asleep for awhile, swap
 546          * it out.
 547          */
 548         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 549             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 550              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 551                 swapout(p);
 552         }
 553
 554         /*
 555          * cleanup our reference
 556          */
 557         sysref_put(&vm->vm_sysref);
 558
 559         return(0);
 560 }
 561
 562 static void
 563 swapout(struct proc *p)
 564 {
 565 #ifdef INVARIANTS
 566         if (swap_debug)
 567                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 568 #endif
 569         ++p->p_ru.ru_nswap;
 570         /*
 571          * remember the process resident count
 572          */
 573         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 574         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
 575         p->p_swtime = 0;
 576 }
 577
 578 #endif /* !NO_SWAPPING */
 579