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. All advertising materials mentioning features or use of this software
  19  *    must display the following acknowledgement:
  20  *      This product includes software developed by the University of
  21  *      California, Berkeley and its contributors.
  22  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  23  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  24  *    without specific prior written permission.
  25  *
  26  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  27  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  28  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  29  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  30  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  31  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  32  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  33  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  34  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  35  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  36  * SUCH DAMAGE.
  37  *
  38  *      from: @(#)vm_glue.c     8.6 (Berkeley) 1/5/94
  39  *
  40  *
  41  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  42  * All rights reserved.
  43  *
  44  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  45  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  46  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  47  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  48  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  49  *
  50  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  51  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  52  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  53  *
  54  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  55  *
  56  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  57  *  School of Computer Science
  58  *  Carnegie Mellon University
  59  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  60  *
  61  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  62  * rights to redistribute these changes.
  63  *
  64  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.94.2.4 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
  65  */
  66
  67 #include "opt_vm.h"
  68
  69 #include <sys/param.h>
  70 #include <sys/systm.h>
  71 #include <sys/proc.h>
  72 #include <sys/resourcevar.h>
  73 #include <sys/buf.h>
  74 #include <sys/shm.h>
  75 #include <sys/vmmeter.h>
  76 #include <sys/sysctl.h>
  77
  78 #include <sys/kernel.h>
  79 #include <sys/unistd.h>
  80
  81 #include <machine/limits.h>
  82
  83 #include <vm/vm.h>
  84 #include <vm/vm_param.h>
  85 #include <sys/lock.h>
  86 #include <vm/pmap.h>
  87 #include <vm/vm_map.h>
  88 #include <vm/vm_page.h>
  89 #include <vm/vm_pageout.h>
  90 #include <vm/vm_kern.h>
  91 #include <vm/vm_extern.h>
  92
  93 #include <sys/user.h>
  94 #include <vm/vm_page2.h>
  95 #include <sys/thread2.h>
  96 #include <sys/sysref2.h>
  97
  98 /*
  99  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
 100  *
 101  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
 102  */
 103 static void scheduler (void *);
 104 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
 105
 106 #ifdef INVARIANTS
 107
 108 static int swap_debug = 0;
 109 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 110         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 111
 112 #endif
 113
 114 static int scheduler_notify;
 115
 116 static void swapout (struct proc *);
 117
 118 /*
 119  * No requirements.
 120  */
 121 int
 122 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 123 {
 124         boolean_t rv;
 125         vm_offset_t saddr, eaddr;
 126         vm_prot_t prot;
 127
 128         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 129             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)", rw));
 130
 131         /*
 132          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 133          * check access separately.
 134          */
 135         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 136                 return (TRUE);
 137
 138         /*
 139          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 140          */
 141         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 142             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 143                 return (FALSE);
 144         }
 145         prot = rw;
 146         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 147         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 148         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
 149
 150         return (rv == TRUE);
 151 }
 152
 153 /*
 154  * No requirements.
 155  */
 156 int
 157 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 158 {
 159         boolean_t rv;
 160         vm_prot_t prot;
 161         vm_map_t map;
 162         vm_map_entry_t save_hint;
 163         vm_offset_t wrap;
 164
 165         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 166             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)", rw));
 167         prot = rw;
 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          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 180          * the map hint unnecessarily.
 181          */
 182         save_hint = map->hint;
 183         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 184                                      round_page(wrap), prot, TRUE);
 185         map->hint = save_hint;
 186         vm_map_unlock_read(map);
 187
 188         return (rv == TRUE);
 189 }
 190
 191 /*
 192  * No requirements.
 193  */
 194 void
 195 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 196 {
 197         if (len) {
 198                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 199                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 200                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 201         }
 202 }
 203
 204 /*
 205  * No requirements.
 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  * No requirements.
 227  */
 228 void
 229 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 230 {
 231         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 232                 /*
 233                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 234                  * this changes shared memory amongst threads, into
 235                  * COW locally.
 236                  */
 237                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 238                         if (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 1) {
 239                                 vmspace_unshare(p1);
 240                         }
 241                 }
 242                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 243                 return;
 244         }
 245
 246         if (flags & RFMEM) {
 247                 vmspace_ref(p1->p_vmspace);
 248                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 249         }
 250
 251         while (vm_page_count_severe()) {
 252                 vm_wait(0);
 253         }
 254
 255         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 256                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 257
 258                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 259
 260                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 261                         shmfork(p1, p2);
 262         }
 263
 264         pmap_init_proc(p2);
 265 }
 266
 267 /*
 268  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 269  *
 270  * Called from the low level boot code only.
 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  * No requirements.
 300  */
 301 void
 302 faultin(struct proc *p)
 303 {
 304         if (p->p_flags & P_SWAPPEDOUT) {
 305                 /*
 306                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 307                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 308                  */
 309                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
 310                 p->p_flags &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 311 #ifdef INVARIANTS
 312                 if (swap_debug)
 313                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 314 #endif
 315                 wakeup(p);
 316                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 317         }
 318 }
 319
 320 /*
 321  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 322  * which is process 0.
 323  *
 324  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 325  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 326  * time, it will be swapped in anyway.
 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         lwkt_gettoken(&proc_token);
 380         faultin(p);
 381         p->p_swtime = 0;
 382         PRELE(p);
 383         lwkt_reltoken(&proc_token);
 384         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 385         goto loop;
 386 }
 387
 388 /*
 389  * The caller must hold proc_token.
 390  */
 391 static int
 392 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 393 {
 394         struct scheduler_info *info = data;
 395         struct lwp *lp;
 396         segsz_t pgs;
 397         int pri;
 398
 399         if (p->p_flags & P_SWAPWAIT) {
 400                 pri = 0;
 401                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 402                         /* XXX lwp might need a different metric */
 403                         pri += lp->lwp_slptime;
 404                 }
 405                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 406
 407                 /*
 408                  * The more pages paged out while we were swapped,
 409                  * the more work we have to do to get up and running
 410                  * again and the lower our wakeup priority.
 411                  *
 412                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 413                  */
 414                 lwkt_gettoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 415                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 416                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 417                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 418                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 419                 }
 420                 lwkt_reltoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 421
 422                 /*
 423                  * If this process is higher priority and there is
 424                  * enough space, then select this process instead of
 425                  * the previous selection.
 426                  */
 427                 if (pri > info->ppri) {
 428                         if (info->pp)
 429                                 PRELE(info->pp);
 430                         PHOLD(p);
 431                         info->pp = p;
 432                         info->ppri = pri;
 433                 }
 434         }
 435         return(0);
 436 }
 437
 438 /*
 439  * SMP races ok.
 440  * No requirements.
 441  */
 442 void
 443 swapin_request(void)
 444 {
 445         if (scheduler_notify == 0) {
 446                 scheduler_notify = 1;
 447                 wakeup(&scheduler_notify);
 448         }
 449 }
 450
 451 #ifndef NO_SWAPPING
 452
 453 #define swappable(p) \
 454         (((p)->p_lock == 0) && \
 455         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 456
 457
 458 /*
 459  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 460  */
 461 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 462 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 463         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 464
 465 /*
 466  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 467  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 468  * one minute.
 469  */
 470 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 471 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 472         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 473
 474 /*
 475  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 476  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 477  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 478  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 479  *
 480  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 481  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 482  * if any, otherwise the longest-resident process.
 483  */
 484
 485 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 486
 487 /*
 488  * No requirements.
 489  */
 490 void
 491 swapout_procs(int action)
 492 {
 493         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 494 }
 495
 496 /*
 497  * The caller must hold proc_token
 498  */
 499 static int
 500 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 501 {
 502         struct lwp *lp;
 503         int action = *(int *)data;
 504         int minslp = -1;
 505
 506         if (!swappable(p))
 507                 return(0);
 508
 509         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 510
 511         /*
 512          * We only consider active processes.
 513          */
 514         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 515                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 516                 return(0);
 517         }
 518
 519         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 520                 /*
 521                  * do not swap out a realtime process
 522                  */
 523                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 524                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 525                         return(0);
 526                 }
 527
 528                 /*
 529                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 530                  */
 531                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 532                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 533                         return(0);
 534                 }
 535
 536                 /*
 537                  * If the system is under memory stress, or if we
 538                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 539                  * then swap the process out.
 540                  */
 541                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 542                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 543                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 544                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 545                         return(0);
 546                 }
 547
 548                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 549                         minslp = lp->lwp_slptime;
 550         }
 551
 552         /*
 553          * If the process has been asleep for awhile, swap
 554          * it out.
 555          */
 556         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 557             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 558              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 559                 swapout(p);
 560         }
 561
 562         /*
 563          * cleanup our reference
 564          */
 565         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 566
 567         return(0);
 568 }
 569
 570 /*
 571  * The caller must hold proc_token and p->p_token
 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         /*
 583          * remember the process resident count
 584          */
 585         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 586         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
 587         p->p_swtime = 0;
 588 }
 589
 590 #endif /* !NO_SWAPPING */
 591