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. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      from: @(#)vm_glue.c     8.6 (Berkeley) 1/5/94
  35  *
  36  *
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  41  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  42  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  43  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  44  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  45  *
  46  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  47  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  48  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  49  *
  50  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  51  *
  52  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  53  *  School of Computer Science
  54  *  Carnegie Mellon University
  55  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  56  *
  57  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  58  * rights to redistribute these changes.
  59  *
  60  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.94.2.4 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
  61  */
  62
  63 #include "opt_vm.h"
  64
  65 #include <sys/param.h>
  66 #include <sys/systm.h>
  67 #include <sys/proc.h>
  68 #include <sys/resourcevar.h>
  69 #include <sys/buf.h>
  70 #include <sys/shm.h>
  71 #include <sys/vmmeter.h>
  72 #include <sys/sysctl.h>
  73
  74 #include <sys/kernel.h>
  75 #include <sys/unistd.h>
  76
  77 #include <machine/limits.h>
  78 #include <machine/vmm.h>
  79
  80 #include <vm/vm.h>
  81 #include <vm/vm_param.h>
  82 #include <sys/lock.h>
  83 #include <vm/pmap.h>
  84 #include <vm/vm_map.h>
  85 #include <vm/vm_page.h>
  86 #include <vm/vm_pageout.h>
  87 #include <vm/vm_kern.h>
  88 #include <vm/vm_extern.h>
  89
  90 #include <sys/user.h>
  91 #include <vm/vm_page2.h>
  92 #include <sys/thread2.h>
  93 #include <sys/sysref2.h>
  94
  95 /*
  96  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
  97  *
  98  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
  99  */
 100 static void scheduler (void *);
 101 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
 102
 103 #ifdef INVARIANTS
 104
 105 static int swap_debug = 0;
 106 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 107         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 108
 109 #endif
 110
 111 static int scheduler_notify;
 112
 113 static void swapout (struct proc *);
 114
 115 /*
 116  * No requirements.
 117  */
 118 int
 119 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 120 {
 121         boolean_t rv;
 122         vm_offset_t saddr, eaddr;
 123         vm_prot_t prot;
 124
 125         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 126             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)", rw));
 127
 128         /*
 129          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 130          * check access separately.
 131          */
 132         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 133                 return (TRUE);
 134
 135         /*
 136          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 137          */
 138         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 139             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 140                 return (FALSE);
 141         }
 142         prot = rw;
 143         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 144         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 145         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
 146
 147         return (rv == TRUE);
 148 }
 149
 150 /*
 151  * No requirements.
 152  */
 153 int
 154 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 155 {
 156         boolean_t rv;
 157         vm_prot_t prot;
 158         vm_map_t map;
 159         vm_map_entry_t save_hint;
 160         vm_offset_t wrap;
 161         vm_offset_t gpa;
 162
 163         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 164             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)", rw));
 165         prot = rw;
 166
 167         if (curthread->td_vmm) {
 168                 if (vmm_vm_get_gpa(curproc, (register_t *)&gpa, (register_t) addr))
 169                         panic("%s: could not get GPA\n", __func__);
 170                 addr = (c_caddr_t) gpa;
 171         }
 172
 173         /*
 174          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 175          * page tables - they are in the map.
 176          */
 177         wrap = (vm_offset_t)addr + len;
 178         if (wrap > VM_MAX_USER_ADDRESS || wrap < (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(wrap), prot, TRUE);
 190         map->hint = save_hint;
 191         vm_map_unlock_read(map);
 192
 193         return (rv == TRUE);
 194 }
 195
 196 /*
 197  * No requirements.
 198  */
 199 void
 200 vslock(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), 0);
 206         }
 207 }
 208
 209 /*
 210  * No requirements.
 211  */
 212 void
 213 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 214 {
 215         if (len) {
 216                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 217                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 218                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 219                             KM_PAGEABLE);
 220         }
 221 }
 222
 223 /*
 224  * Implement fork's actions on an address space.
 225  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 226  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 227  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 228  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 229  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 230  *
 231  * No requirements.
 232  */
 233 void
 234 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 235 {
 236         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 237                 /*
 238                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 239                  * this changes shared memory amongst threads, into
 240                  * COW locally.
 241                  */
 242                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 243                         if (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 1) {
 244                                 vmspace_unshare(p1);
 245                         }
 246                 }
 247                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 248                 return;
 249         }
 250
 251         if (flags & RFMEM) {
 252                 vmspace_ref(p1->p_vmspace);
 253                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 254         }
 255
 256         while (vm_page_count_severe()) {
 257                 vm_wait(0);
 258         }
 259
 260         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 261                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 262
 263                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 264
 265                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 266                         shmfork(p1, p2);
 267         }
 268
 269         pmap_init_proc(p2);
 270 }
 271
 272 /*
 273  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 274  *
 275  * Called from the low level boot code only.
 276  */
 277 void
 278 vm_init_limits(struct proc *p)
 279 {
 280         int rss_limit;
 281
 282         /*
 283          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 284          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 285          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 286          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 287          * and reduces thrashing of the object cache.
 288          */
 289         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 290         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 291         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 292         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 293         /* limit the limit to no less than 2MB */
 294         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 295         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 296         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 297 }
 298
 299 /*
 300  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 301  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 302  * sleeping.
 303  *
 304  * No requirements.
 305  */
 306 void
 307 faultin(struct proc *p)
 308 {
 309         if (p->p_flags & P_SWAPPEDOUT) {
 310                 /*
 311                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 312                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 313                  */
 314                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
 315                 p->p_flags &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 316 #ifdef INVARIANTS
 317                 if (swap_debug)
 318                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 319 #endif
 320                 wakeup(p);
 321                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 322         }
 323 }
 324
 325 /*
 326  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 327  * which is process 0.
 328  *
 329  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 330  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 331  * time, it will be swapped in anyway.
 332  */
 333 struct scheduler_info {
 334         struct proc *pp;
 335         int ppri;
 336 };
 337
 338 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 339
 340 static void
 341 scheduler(void *dummy)
 342 {
 343         struct scheduler_info info;
 344         struct proc *p;
 345
 346         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 347 loop:
 348         scheduler_notify = 0;
 349         /*
 350          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 351          */
 352         if (vm_page_count_severe()) {
 353                 vm_wait(0);
 354                 goto loop;
 355         }
 356
 357         /*
 358          * Look for a good candidate to wake up
 359          */
 360         info.pp = NULL;
 361         info.ppri = INT_MIN;
 362         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
 363
 364         /*
 365          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 366          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 367          * multiple requests have built up the first is processed
 368          * immediately and the rest are staggered.
 369          */
 370         if ((p = info.pp) == NULL) {
 371                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 372                 if (scheduler_notify == 0)
 373                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 374                 goto loop;
 375         }
 376
 377         /*
 378          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 379          * time and loop up.
 380          *
 381          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 382          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 383          */
 384         lwkt_gettoken(&proc_token);
 385         faultin(p);
 386         p->p_swtime = 0;
 387         PRELE(p);
 388         lwkt_reltoken(&proc_token);
 389         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 390         goto loop;
 391 }
 392
 393 /*
 394  * The caller must hold proc_token.
 395  */
 396 static int
 397 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 398 {
 399         struct scheduler_info *info = data;
 400         struct lwp *lp;
 401         segsz_t pgs;
 402         int pri;
 403
 404         if (p->p_flags & P_SWAPWAIT) {
 405                 pri = 0;
 406                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 407                         /* XXX lwp might need a different metric */
 408                         pri += lp->lwp_slptime;
 409                 }
 410                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 411
 412                 /*
 413                  * The more pages paged out while we were swapped,
 414                  * the more work we have to do to get up and running
 415                  * again and the lower our wakeup priority.
 416                  *
 417                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 418                  */
 419                 lwkt_gettoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 420                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 421                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 422                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 423                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 424                 }
 425                 lwkt_reltoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 426
 427                 /*
 428                  * If this process is higher priority and there is
 429                  * enough space, then select this process instead of
 430                  * the previous selection.
 431                  */
 432                 if (pri > info->ppri) {
 433                         if (info->pp)
 434                                 PRELE(info->pp);
 435                         PHOLD(p);
 436                         info->pp = p;
 437                         info->ppri = pri;
 438                 }
 439         }
 440         return(0);
 441 }
 442
 443 /*
 444  * SMP races ok.
 445  * No requirements.
 446  */
 447 void
 448 swapin_request(void)
 449 {
 450         if (scheduler_notify == 0) {
 451                 scheduler_notify = 1;
 452                 wakeup(&scheduler_notify);
 453         }
 454 }
 455
 456 #ifndef NO_SWAPPING
 457
 458 #define swappable(p) \
 459         (((p)->p_lock == 0) && \
 460         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 461
 462
 463 /*
 464  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 465  */
 466 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 467 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 468         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 469
 470 /*
 471  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 472  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 473  * one minute.
 474  */
 475 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 476 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 477         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 478
 479 /*
 480  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 481  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 482  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 483  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 484  *
 485  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 486  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 487  * if any, otherwise the longest-resident process.
 488  */
 489
 490 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 491
 492 /*
 493  * No requirements.
 494  */
 495 void
 496 swapout_procs(int action)
 497 {
 498         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 499 }
 500
 501 /*
 502  * The caller must hold proc_token
 503  */
 504 static int
 505 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 506 {
 507         struct lwp *lp;
 508         int action = *(int *)data;
 509         int minslp = -1;
 510
 511         if (!swappable(p))
 512                 return(0);
 513
 514         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 515
 516         /*
 517          * We only consider active processes.
 518          */
 519         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 520                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 521                 return(0);
 522         }
 523
 524         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 525                 /*
 526                  * do not swap out a realtime process
 527                  */
 528                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 529                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 530                         return(0);
 531                 }
 532
 533                 /*
 534                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 535                  */
 536                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 537                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 538                         return(0);
 539                 }
 540
 541                 /*
 542                  * If the system is under memory stress, or if we
 543                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 544                  * then swap the process out.
 545                  */
 546                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 547                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 548                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 549                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 550                         return(0);
 551                 }
 552
 553                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 554                         minslp = lp->lwp_slptime;
 555         }
 556
 557         /*
 558          * If the process has been asleep for awhile, swap
 559          * it out.
 560          */
 561         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 562             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 563              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 564                 swapout(p);
 565         }
 566
 567         /*
 568          * cleanup our reference
 569          */
 570         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 571
 572         return(0);
 573 }
 574
 575 /*
 576  * The caller must hold proc_token and p->p_token
 577  */
 578 static void
 579 swapout(struct proc *p)
 580 {
 581 #ifdef INVARIANTS
 582         if (swap_debug)
 583                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 584 #endif
 585         ++p->p_ru.ru_nswap;
 586
 587         /*
 588          * remember the process resident count
 589          */
 590         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 591         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
 592         p->p_swtime = 0;
 593 }
 594
 595 #endif /* !NO_SWAPPING */
 596