164086456b5d67754dc9f8d87f452ed5b3c7dcc5
[dragonfly.git] / 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 #include <sys/thread2.h>
91 #include <sys/sysref2.h>
92
93 /*
94  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
95  *
96  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
97  */
98 static void scheduler (void *);
99 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL);
100
101 #ifdef INVARIANTS
102
103 static int swap_debug = 0;
104 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
105         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
106
107 #endif
108
109 static int scheduler_notify;
110
111 static void swapout (struct proc *);
112
113 /*
114  * No requirements.
115  */
116 int
117 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
118 {
119         boolean_t rv;
120         vm_offset_t saddr, eaddr;
121         vm_prot_t prot;
122
123         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
124             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)", rw));
125
126         /*
127          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
128          * check access separately.
129          */
130         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
131                 return (TRUE);
132
133         /*
134          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
135          */
136         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
137             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
138                 return (FALSE);
139         }
140         prot = rw;
141         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
142         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
143         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
144
145         return (rv == TRUE);
146 }
147
148 /*
149  * No requirements.
150  */
151 int
152 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
153 {
154         boolean_t rv;
155         vm_prot_t prot;
156         vm_map_t map;
157         vm_offset_t wrap;
158         vm_offset_t gpa;
159
160         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
161             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)", rw));
162         prot = rw;
163
164         if (curthread->td_vmm) {
165                 if (vmm_vm_get_gpa(curproc, (register_t *)&gpa, (register_t) addr))
166                         panic("%s: could not get GPA\n", __func__);
167                 addr = (c_caddr_t) gpa;
168         }
169
170         /*
171          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
172          * page tables - they are in the map.
173          */
174         wrap = (vm_offset_t)addr + len;
175         if (wrap > VM_MAX_USER_ADDRESS || wrap < (vm_offset_t)addr) {
176                 return (FALSE);
177         }
178         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
179         vm_map_lock_read(map);
180
181         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
182                                      round_page(wrap), prot, TRUE);
183         vm_map_unlock_read(map);
184         
185         return (rv == TRUE);
186 }
187
188 /*
189  * No requirements.
190  */
191 void
192 vslock(caddr_t addr, u_int len)
193 {
194         if (len) {
195                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
196                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
197                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
198         }
199 }
200
201 /*
202  * No requirements.
203  */
204 void
205 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
206 {
207         if (len) {
208                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
209                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
210                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
211                             KM_PAGEABLE);
212         }
213 }
214
215 /*
216  * Implement fork's actions on an address space.
217  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
218  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
219  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
220  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
221  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
222  *
223  * No requirements.
224  */
225 void
226 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
227 {
228         if ((flags & RFPROC) == 0) {
229                 /*
230                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
231                  * this changes shared memory amongst threads, into
232                  * COW locally.
233                  */
234                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
235                         if (vmspace_getrefs(p1->p_vmspace) > 1) {
236                                 vmspace_unshare(p1);
237                         }
238                 }
239                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
240                 return;
241         }
242
243         if (flags & RFMEM) {
244                 vmspace_ref(p1->p_vmspace);
245                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
246         }
247
248         while (vm_page_count_severe()) {
249                 vm_wait(0);
250         }
251
252         if ((flags & RFMEM) == 0) {
253                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
254
255                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
256
257                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
258                         shmfork(p1, p2);
259         }
260
261         pmap_init_proc(p2);
262 }
263
264 /*
265  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
266  *
267  * Called from the low level boot code only.
268  */
269 void
270 vm_init_limits(struct proc *p)
271 {
272         int rss_limit;
273
274         /*
275          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
276          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
277          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
278          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
279          * and reduces thrashing of the object cache.
280          */
281         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
282         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
283         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
284         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
285         /* limit the limit to no less than 2MB */
286         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
287         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
288         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
289 }
290
291 /*
292  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
293  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
294  * sleeping.
295  *
296  * No requirements.
297  */
298 void
299 faultin(struct proc *p)
300 {
301         if (p->p_flags & P_SWAPPEDOUT) {
302                 /*
303                  * The process is waiting in the kernel to return to user
304                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
305                  */
306                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
307                 p->p_flags &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
308 #ifdef INVARIANTS
309                 if (swap_debug)
310                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
311 #endif
312                 wakeup(p);
313                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
314         }
315 }
316
317 /*
318  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
319  * which is process 0.
320  *
321  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
322  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
323  * time, it will be swapped in anyway.
324  */
325 struct scheduler_info {
326         struct proc *pp;
327         int ppri;
328 };
329
330 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
331
332 static void
333 scheduler(void *dummy)
334 {
335         struct scheduler_info info;
336         struct proc *p;
337
338         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
339 loop:
340         scheduler_notify = 0;
341         /*
342          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
343          */
344         if (vm_page_count_severe()) {
345                 vm_wait(0);
346                 goto loop;
347         }
348
349         /*
350          * Look for a good candidate to wake up
351          */
352         info.pp = NULL;
353         info.ppri = INT_MIN;
354         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
355
356         /*
357          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
358          * we are woken up, immediately process the next request.  If
359          * multiple requests have built up the first is processed 
360          * immediately and the rest are staggered.
361          */
362         if ((p = info.pp) == NULL) {
363                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
364                 if (scheduler_notify == 0)
365                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
366                 goto loop;
367         }
368
369         /*
370          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
371          * time and loop up.
372          *
373          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
374          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
375          */
376         lwkt_gettoken(&p->p_token);
377         faultin(p);
378         p->p_swtime = 0;
379         lwkt_reltoken(&p->p_token);
380         PRELE(p);
381         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
382         goto loop;
383 }
384
385 /*
386  * Process only has its hold count bumped, we need the token
387  * to safely scan the LWPs
388  */
389 static int
390 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
391 {
392         struct scheduler_info *info = data;
393         struct vmspace *vm;
394         struct lwp *lp;
395         segsz_t pgs;
396         int pri;
397
398         /*
399          * We only care about processes in swap-wait.  Interlock test with
400          * token if the flag is found set.
401          */
402         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0)
403                 return 0;
404         lwkt_gettoken_shared(&p->p_token);
405         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0) {
406                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
407                 return 0;
408         }
409
410         /*
411          * Calculate priority for swap-in
412          */
413         pri = 0;
414         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
415                 /* XXX lwp might need a different metric */
416                 pri += lp->lwp_slptime;
417         }
418         pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
419
420         /*
421          * The more pages paged out while we were swapped,
422          * the more work we have to do to get up and running
423          * again and the lower our wakeup priority.
424          *
425          * Each second of sleep time is worth ~1MB
426          */
427         if ((vm = p->p_vmspace) != NULL) {
428                 vmspace_hold(vm);
429                 pgs = vmspace_resident_count(vm);
430                 if (pgs < vm->vm_swrss) {
431                         pri -= (vm->vm_swrss - pgs) /
432                                (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
433                 }
434                 vmspace_drop(vm);
435         }
436         lwkt_reltoken(&p->p_token);
437
438         /*
439          * If this process is higher priority and there is
440          * enough space, then select this process instead of
441          * the previous selection.
442          */
443         if (pri > info->ppri) {
444                 if (info->pp)
445                         PRELE(info->pp);
446                 PHOLD(p);
447                 info->pp = p;
448                 info->ppri = pri;
449         }
450         return(0);
451 }
452
453 /*
454  * SMP races ok.
455  * No requirements.
456  */
457 void
458 swapin_request(void)
459 {
460         if (scheduler_notify == 0) {
461                 scheduler_notify = 1;
462                 wakeup(&scheduler_notify);
463         }
464 }
465
466 #ifndef NO_SWAPPING
467
468 #define swappable(p) \
469         (((p)->p_lock == 0) && \
470         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
471
472
473 /*
474  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
475  */
476 static int swap_idle_threshold1 = 15;
477 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
478         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
479
480 /*
481  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
482  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
483  * one minute.
484  */
485 static int swap_idle_threshold2 = 60;
486 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
487         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
488
489 /*
490  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
491  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
492  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question 
493  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
494  *
495  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
496  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
497  * if any, otherwise the longest-resident process.
498  */
499
500 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
501
502 /*
503  * No requirements.
504  */
505 void
506 swapout_procs(int action)
507 {
508         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
509 }
510
511 static int
512 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
513 {
514         struct lwp *lp;
515         int action = *(int *)data;
516         int minslp = -1;
517
518         if (!swappable(p))
519                 return(0);
520
521         lwkt_gettoken(&p->p_token);
522
523         /*
524          * We only consider active processes.
525          */
526         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
527                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
528                 return(0);
529         }
530
531         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
532                 /*
533                  * do not swap out a realtime process
534                  */
535                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
536                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
537                         return(0);
538                 }
539
540                 /*
541                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
542                  */
543                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
544                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
545                         return(0);
546                 }
547
548                 /*
549                  * If the system is under memory stress, or if we
550                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
551                  * then swap the process out.
552                  */
553                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
554                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
555                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
556                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
557                         return(0);
558                 }
559
560                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
561                         minslp = lp->lwp_slptime;
562         }
563
564         /*
565          * If the process has been asleep for awhile, swap
566          * it out.
567          */
568         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
569             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
570              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
571                 swapout(p);
572         }
573
574         /*
575          * cleanup our reference
576          */
577         lwkt_reltoken(&p->p_token);
578
579         return(0);
580 }
581
582 /*
583  * The caller must hold p->p_token
584  */
585 static void
586 swapout(struct proc *p)
587 {
588 #ifdef INVARIANTS
589         if (swap_debug)
590                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
591 #endif
592         ++p->p_ru.ru_nswap;
593
594         /*
595          * remember the process resident count
596          */
597         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
598         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
599         p->p_swtime = 0;
600 }
601
602 #endif /* !NO_SWAPPING */
603