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 1.56 2008/07/01 02:02:56 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  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
  99  *
 100  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
 101  */
 102 static void scheduler (void *);
 103 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
 104
 105 #ifdef INVARIANTS
 106
 107 static int swap_debug = 0;
 108 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 109         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 110
 111 #endif
 112
 113 static int scheduler_notify;
 114
 115 static void swapout (struct proc *);
 116
 117 int
 118 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 119 {
 120         boolean_t rv;
 121         vm_offset_t saddr, eaddr;
 122         vm_prot_t prot;
 123
 124         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 125             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)\n", rw));
 126
 127         /*
 128          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 129          * check access separately.
 130          */
 131         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 132                 return (TRUE);
 133
 134         /*
 135          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 136          */
 137         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 138             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 139                 return (FALSE);
 140         }
 141         prot = rw;
 142         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 143         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 144         vm_map_lock_read(&kernel_map);
 145         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot);
 146         vm_map_unlock_read(&kernel_map);
 147         return (rv == TRUE);
 148 }
 149
 150 int
 151 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 152 {
 153         boolean_t rv;
 154         vm_prot_t prot;
 155         vm_map_t map;
 156         vm_map_entry_t save_hint;
 157
 158         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 159             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
 160         prot = rw;
 161         /*
 162          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 163          * page tables - they are in the map.
 164          *
 165          * XXX - VM_MAX_USER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
 166          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
 167          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
 168          * used as a max in vm_mmap.c.
 169          */
 170         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAX_USER_ADDRESS
 171             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
 172                 return (FALSE);
 173         }
 174         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 175         vm_map_lock_read(map);
 176         /*
 177          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 178          * the map hint unnecessarily.
 179          */
 180         save_hint = map->hint;
 181         rv = vm_map_check_protection(map,
 182             trunc_page((vm_offset_t)addr), round_page((vm_offset_t)addr + len), prot);
 183         map->hint = save_hint;
 184         vm_map_unlock_read(map);
 185
 186         return (rv == TRUE);
 187 }
 188
 189 void
 190 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 191 {
 192         if (len) {
 193                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 194                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 195                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 196         }
 197 }
 198
 199 void
 200 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 201 {
 202         if (len) {
 203                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 204                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 205                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 206                             KM_PAGEABLE);
 207         }
 208 }
 209
 210 /*
 211  * Implement fork's actions on an address space.
 212  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 213  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 214  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 215  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 216  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 217  */
 218 void
 219 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 220 {
 221         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 222                 /*
 223                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 224                  * this changes shared memory amongst threads, into
 225                  * COW locally.
 226                  */
 227                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 228                         if (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 1) {
 229                                 vmspace_unshare(p1);
 230                         }
 231                 }
 232                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 233                 return;
 234         }
 235
 236         if (flags & RFMEM) {
 237                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 238                 sysref_get(&p1->p_vmspace->vm_sysref);
 239         }
 240
 241         while (vm_page_count_severe()) {
 242                 vm_wait(0);
 243         }
 244
 245         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 246                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 247
 248                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 249
 250                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 251                         shmfork(p1, p2);
 252         }
 253
 254         pmap_init_proc(p2);
 255 }
 256
 257 /*
 258  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
 259  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while
 260  * the process was still executing.
 261  */
 262 void
 263 vm_waitproc(struct proc *p)
 264 {
 265         cpu_proc_wait(p);
 266         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
 267 }
 268
 269 /*
 270  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 271  */
 272 void
 273 vm_init_limits(struct proc *p)
 274 {
 275         int rss_limit;
 276
 277         /*
 278          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 279          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 280          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 281          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 282          * and reduces thrashing of the object cache.
 283          */
 284         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 285         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 286         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 287         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 288         /* limit the limit to no less than 2MB */
 289         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 290         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 291         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 292 }
 293
 294 /*
 295  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 296  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 297  * sleeping.
 298  */
 299 void
 300 faultin(struct proc *p)
 301 {
 302         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
 303                 /*
 304                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 305                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 306                  */
 307                 crit_enter();
 308                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 309 #ifdef INVARIANTS
 310                 if (swap_debug)
 311                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 312 #endif
 313                 wakeup(p);
 314
 315                 crit_exit();
 316         }
 317 }
 318
 319 /*
 320  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 321  * which is process 0.
 322  *
 323  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 324  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 325  * time, it will be swapped in anyway.
 326  */
 327
 328 struct scheduler_info {
 329         struct proc *pp;
 330         int ppri;
 331 };
 332
 333 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 334
 335 static void
 336 scheduler(void *dummy)
 337 {
 338         struct scheduler_info info;
 339         struct proc *p;
 340
 341         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 342 loop:
 343         scheduler_notify = 0;
 344         /*
 345          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 346          */
 347         if (vm_page_count_severe()) {
 348                 vm_wait(0);
 349                 goto loop;
 350         }
 351
 352         /*
 353          * Look for a good candidate to wake up
 354          */
 355         info.pp = NULL;
 356         info.ppri = INT_MIN;
 357         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
 358
 359         /*
 360          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 361          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 362          * multiple requests have built up the first is processed
 363          * immediately and the rest are staggered.
 364          */
 365         if ((p = info.pp) == NULL) {
 366                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 367                 if (scheduler_notify == 0)
 368                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 369                 goto loop;
 370         }
 371
 372         /*
 373          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 374          * time and loop up.
 375          *
 376          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 377          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 378          */
 379         faultin(p);
 380         p->p_swtime = 0;
 381         PRELE(p);
 382         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 383         goto loop;
 384 }
 385
 386 static int
 387 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 388 {
 389         struct scheduler_info *info = data;
 390         struct lwp *lp;
 391         segsz_t pgs;
 392         int pri;
 393
 394         if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
 395                 pri = 0;
 396                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 397                         /* XXX lwp might need a different metric */
 398                         pri += lp->lwp_slptime;
 399                 }
 400                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 401
 402                 /*
 403                  * The more pages paged out while we were swapped,
 404                  * the more work we have to do to get up and running
 405                  * again and the lower our wakeup priority.
 406                  *
 407                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 408                  */
 409                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 410                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 411                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 412                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 413                 }
 414
 415                 /*
 416                  * If this process is higher priority and there is
 417                  * enough space, then select this process instead of
 418                  * the previous selection.
 419                  */
 420                 if (pri > info->ppri) {
 421                         if (info->pp)
 422                                 PRELE(info->pp);
 423                         PHOLD(p);
 424                         info->pp = p;
 425                         info->ppri = pri;
 426                 }
 427         }
 428         return(0);
 429 }
 430
 431 void
 432 swapin_request(void)
 433 {
 434         if (scheduler_notify == 0) {
 435                 scheduler_notify = 1;
 436                 wakeup(&scheduler_notify);
 437         }
 438 }
 439
 440 #ifndef NO_SWAPPING
 441
 442 #define swappable(p) \
 443         (((p)->p_lock == 0) && \
 444         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 445
 446
 447 /*
 448  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 449  */
 450 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 451 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 452         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
 453
 454 /*
 455  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 456  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 457  * one minute.
 458  */
 459 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 460 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 461         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
 462
 463 /*
 464  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 465  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 466  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 467  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 468  *
 469  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 470  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 471  * if any, otherwise the longest-resident process.
 472  */
 473
 474 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 475
 476 void
 477 swapout_procs(int action)
 478 {
 479         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 480 }
 481
 482 static int
 483 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 484 {
 485         struct vmspace *vm;
 486         struct lwp *lp;
 487         int action = *(int *)data;
 488         int minslp = -1;
 489
 490         if (!swappable(p))
 491                 return(0);
 492
 493         vm = p->p_vmspace;
 494
 495         /*
 496          * We only consider active processes.
 497          */
 498         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP)
 499                 return(0);
 500
 501         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 502                 /*
 503                  * do not swap out a realtime process
 504                  */
 505                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type))
 506                         return(0);
 507
 508                 /*
 509                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 510                  */
 511                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1)
 512                         return(0);
 513
 514                 /*
 515                  * If the system is under memory stress, or if we
 516                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 517                  * then swap the process out.
 518                  */
 519                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 520                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 521                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 522                         return(0);
 523                 }
 524
 525                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 526                         minslp = lp->lwp_slptime;
 527         }
 528
 529         sysref_get(&vm->vm_sysref);
 530
 531         /*
 532          * If the process has been asleep for awhile, swap
 533          * it out.
 534          */
 535         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 536             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 537              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 538                 swapout(p);
 539         }
 540
 541         /*
 542          * cleanup our reference
 543          */
 544         sysref_put(&vm->vm_sysref);
 545
 546         return(0);
 547 }
 548
 549 static void
 550 swapout(struct proc *p)
 551 {
 552 #ifdef INVARIANTS
 553         if (swap_debug)
 554                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 555 #endif
 556         ++p->p_ru.ru_nswap;
 557         /*
 558          * remember the process resident count
 559          */
 560         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 561         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
 562         p->p_swtime = 0;
 563 }
 564
 565 #endif /* !NO_SWAPPING */
 566