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. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  17  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  18  *    without specific prior written permission.
  19  *
  20  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  21  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  22  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  23  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  24  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  25  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  26  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  27  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  28  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  29  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  30  * SUCH DAMAGE.
  31  *
  32  *      from: @(#)vm_glue.c     8.6 (Berkeley) 1/5/94
  33  *
  34  *
  35  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  36  * All rights reserved.
  37  *
  38  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  39  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  40  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  41  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  42  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  43  *
  44  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  45  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  46  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  47  *
  48  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  49  *
  50  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  51  *  School of Computer Science
  52  *  Carnegie Mellon University
  53  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  54  *
  55  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  56  * rights to redistribute these changes.
  57  *
  58  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.94.2.4 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
  59  */
  60
  61 #include "opt_vm.h"
  62
  63 #include <sys/param.h>
  64 #include <sys/systm.h>
  65 #include <sys/proc.h>
  66 #include <sys/resourcevar.h>
  67 #include <sys/buf.h>
  68 #include <sys/shm.h>
  69 #include <sys/vmmeter.h>
  70 #include <sys/sysctl.h>
  71
  72 #include <sys/kernel.h>
  73 #include <sys/unistd.h>
  74
  75 #include <machine/limits.h>
  76 #include <machine/vmm.h>
  77
  78 #include <vm/vm.h>
  79 #include <vm/vm_param.h>
  80 #include <sys/lock.h>
  81 #include <vm/pmap.h>
  82 #include <vm/vm_map.h>
  83 #include <vm/vm_page.h>
  84 #include <vm/vm_pageout.h>
  85 #include <vm/vm_kern.h>
  86 #include <vm/vm_extern.h>
  87
  88 #include <sys/user.h>
  89 #include <vm/vm_page2.h>
  90
  91 /*
  92  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
  93  *
  94  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
  95  */
  96 static void scheduler (void *);
  97 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL);
  98
  99 #ifdef INVARIANTS
 100
 101 static int swap_debug = 0;
 102 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 103         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 104
 105 #endif
 106
 107 static int scheduler_notify;
 108
 109 static void swapout (struct proc *);
 110
 111 /*
 112  * No requirements.
 113  */
 114 int
 115 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 116 {
 117         boolean_t rv;
 118         vm_offset_t saddr, eaddr;
 119         vm_prot_t prot;
 120
 121         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 122             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)", rw));
 123
 124         /*
 125          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 126          * check access separately.
 127          */
 128         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 129                 return (TRUE);
 130
 131         /*
 132          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 133          */
 134         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 135             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 136                 return (FALSE);
 137         }
 138         prot = rw;
 139         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 140         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 141         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
 142
 143         return (rv == TRUE);
 144 }
 145
 146 /*
 147  * No requirements.
 148  */
 149 int
 150 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 151 {
 152         boolean_t rv;
 153         vm_prot_t prot;
 154         vm_map_t map;
 155         vm_offset_t wrap;
 156         vm_offset_t gpa;
 157
 158         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 159             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)", rw));
 160         prot = rw;
 161
 162         if (curthread->td_vmm) {
 163                 if (vmm_vm_get_gpa(curproc, (register_t *)&gpa, (register_t) addr))
 164                         panic("%s: could not get GPA\n", __func__);
 165                 addr = (c_caddr_t) gpa;
 166         }
 167
 168         /*
 169          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 170          * page tables - they are in the map.
 171          */
 172         wrap = (vm_offset_t)addr + len;
 173         if (wrap > VM_MAX_USER_ADDRESS || wrap < (vm_offset_t)addr) {
 174                 return (FALSE);
 175         }
 176         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 177         vm_map_lock_read(map);
 178
 179         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 180                                      round_page(wrap), prot, TRUE);
 181         vm_map_unlock_read(map);
 182
 183         return (rv == TRUE);
 184 }
 185
 186 /*
 187  * No requirements.
 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 /*
 200  * No requirements.
 201  */
 202 void
 203 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 204 {
 205         if (len) {
 206                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 207                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 208                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 209                             KM_PAGEABLE);
 210         }
 211 }
 212
 213 /*
 214  * Implement fork's actions on an address space.
 215  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 216  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 217  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 218  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 219  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 220  *
 221  * No requirements.
 222  */
 223 void
 224 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 225 {
 226         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 227                 /*
 228                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 229                  * this changes shared memory amongst threads, into
 230                  * COW locally.
 231                  */
 232                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 233                         if (vmspace_getrefs(p1->p_vmspace) > 1) {
 234                                 vmspace_unshare(p1);
 235                         }
 236                 }
 237                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 238                 return;
 239         }
 240
 241         if (flags & RFMEM) {
 242                 vmspace_ref(p1->p_vmspace);
 243                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 244         }
 245
 246         while (vm_page_count_severe()) {
 247                 vm_wait(0);
 248         }
 249
 250         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 251                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 252
 253                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 254
 255                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 256                         shmfork(p1, p2);
 257         }
 258
 259         pmap_init_proc(p2);
 260 }
 261
 262 /*
 263  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 264  *
 265  * Called from the low level boot code only.
 266  */
 267 void
 268 vm_init_limits(struct proc *p)
 269 {
 270         int rss_limit;
 271
 272         /*
 273          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 274          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 275          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 276          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 277          * and reduces thrashing of the object cache.
 278          */
 279         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 280         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 281         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 282         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 283         /* limit the limit to no less than 2MB */
 284         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 285         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 286         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 287 }
 288
 289 /*
 290  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 291  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 292  * sleeping.
 293  *
 294  * No requirements.
 295  */
 296 void
 297 faultin(struct proc *p)
 298 {
 299         if (p->p_flags & P_SWAPPEDOUT) {
 300                 /*
 301                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 302                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 303                  */
 304                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
 305                 p->p_flags &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 306 #ifdef INVARIANTS
 307                 if (swap_debug)
 308                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 309 #endif
 310                 wakeup(p);
 311                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 312         }
 313 }
 314
 315 /*
 316  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 317  * which is process 0.
 318  *
 319  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 320  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 321  * time, it will be swapped in anyway.
 322  */
 323 struct scheduler_info {
 324         struct proc *pp;
 325         int ppri;
 326 };
 327
 328 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 329
 330 static void
 331 scheduler(void *dummy)
 332 {
 333         struct scheduler_info info;
 334         struct proc *p;
 335
 336         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 337 loop:
 338         scheduler_notify = 0;
 339         /*
 340          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 341          */
 342         if (vm_page_count_severe()) {
 343                 vm_wait(0);
 344                 goto loop;
 345         }
 346
 347         /*
 348          * Look for a good candidate to wake up
 349          *
 350          * XXX we should make the schedule thread pcpu and then use a
 351          * segmented allproc scan.
 352          */
 353         info.pp = NULL;
 354         info.ppri = INT_MIN;
 355         allproc_scan(scheduler_callback, &info, 0);
 356
 357         /*
 358          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 359          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 360          * multiple requests have built up the first is processed
 361          * immediately and the rest are staggered.
 362          */
 363         if ((p = info.pp) == NULL) {
 364                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 365                 if (scheduler_notify == 0)
 366                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 367                 goto loop;
 368         }
 369
 370         /*
 371          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 372          * time and loop up.
 373          *
 374          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 375          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 376          */
 377         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 378         faultin(p);
 379         p->p_swtime = 0;
 380         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 381         PRELE(p);
 382         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 383         goto loop;
 384 }
 385
 386 /*
 387  * Process only has its hold count bumped, we need the token
 388  * to safely scan the LWPs
 389  */
 390 static int
 391 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 392 {
 393         struct scheduler_info *info = data;
 394         struct vmspace *vm;
 395         struct lwp *lp;
 396         segsz_t pgs;
 397         int pri;
 398
 399         /*
 400          * We only care about processes in swap-wait.  Interlock test with
 401          * token if the flag is found set.
 402          */
 403         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0)
 404                 return 0;
 405         lwkt_gettoken_shared(&p->p_token);
 406         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0) {
 407                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 408                 return 0;
 409         }
 410
 411         /*
 412          * Calculate priority for swap-in
 413          */
 414         pri = 0;
 415         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 416                 /* XXX lwp might need a different metric */
 417                 pri += lp->lwp_slptime;
 418         }
 419         pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 420
 421         /*
 422          * The more pages paged out while we were swapped,
 423          * the more work we have to do to get up and running
 424          * again and the lower our wakeup priority.
 425          *
 426          * Each second of sleep time is worth ~1MB
 427          */
 428         if ((vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 429                 vmspace_hold(vm);
 430                 pgs = vmspace_resident_count(vm);
 431                 if (pgs < vm->vm_swrss) {
 432                         pri -= (vm->vm_swrss - pgs) /
 433                                (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 434                 }
 435                 vmspace_drop(vm);
 436         }
 437         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 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         return(0);
 452 }
 453
 454 /*
 455  * SMP races ok.
 456  * No requirements.
 457  */
 458 void
 459 swapin_request(void)
 460 {
 461         if (scheduler_notify == 0) {
 462                 scheduler_notify = 1;
 463                 wakeup(&scheduler_notify);
 464         }
 465 }
 466
 467 #ifndef NO_SWAPPING
 468
 469 #define swappable(p) \
 470         (((p)->p_lock == 0) && \
 471         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 472
 473
 474 /*
 475  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 476  */
 477 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 478 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 479         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 480
 481 /*
 482  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 483  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 484  * one minute.
 485  */
 486 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 487 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 488         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 489
 490 /*
 491  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 492  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 493  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 494  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 495  *
 496  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 497  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 498  * if any, otherwise the longest-resident process.
 499  */
 500
 501 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 502
 503 /*
 504  * No requirements.
 505  */
 506 void
 507 swapout_procs(int action)
 508 {
 509         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action, 0);
 510 }
 511
 512 static int
 513 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 514 {
 515         struct lwp *lp;
 516         int action = *(int *)data;
 517         int minslp = -1;
 518
 519         if (!swappable(p))
 520                 return(0);
 521
 522         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 523
 524         /*
 525          * We only consider active processes.
 526          */
 527         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 528                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 529                 return(0);
 530         }
 531
 532         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 533                 /*
 534                  * do not swap out a realtime process
 535                  */
 536                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 537                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 538                         return(0);
 539                 }
 540
 541                 /*
 542                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 543                  */
 544                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 545                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 546                         return(0);
 547                 }
 548
 549                 /*
 550                  * If the system is under memory stress, or if we
 551                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 552                  * then swap the process out.
 553                  */
 554                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 555                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 556                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 557                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 558                         return(0);
 559                 }
 560
 561                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 562                         minslp = lp->lwp_slptime;
 563         }
 564
 565         /*
 566          * If the process has been asleep for awhile, swap
 567          * it out.
 568          */
 569         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 570             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 571              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 572                 swapout(p);
 573         }
 574
 575         /*
 576          * cleanup our reference
 577          */
 578         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 579
 580         return(0);
 581 }
 582
 583 /*
 584  * The caller must hold p->p_token
 585  */
 586 static void
 587 swapout(struct proc *p)
 588 {
 589 #ifdef INVARIANTS
 590         if (swap_debug)
 591                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 592 #endif
 593         ++p->p_ru.ru_nswap;
 594
 595         /*
 596          * remember the process resident count
 597          */
 598         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 599         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
 600         p->p_swtime = 0;
 601 }
 602
 603 #endif /* !NO_SWAPPING */
 604