kernel - Break up scheduler and loadavg callout
[dragonfly.git] / sys / vm / vm_swap.c
1 /*
2  * (MPSAFE)
3  *
4  * Copyright (c) 1982, 1986, 1989, 1993
5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
12  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
13  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
14  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
15  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
16  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
17  *    without specific prior written permission.
18  *
19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
20  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
21  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
22  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
23  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
24  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
25  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
26  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
27  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
28  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
29  * SUCH DAMAGE.
30  *
31  *      @(#)vm_swap.c   8.5 (Berkeley) 2/17/94
32  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_swap.c,v 1.96.2.2 2001/10/14 18:46:47 iedowse Exp $
33  */
34
35 #include "opt_swap.h"
36
37 #include <sys/param.h>
38 #include <sys/systm.h>
39 #include <sys/sysproto.h>
40 #include <sys/buf.h>
41 #include <sys/proc.h>
42 #include <sys/priv.h>
43 #include <sys/nlookup.h>
44 #include <sys/sysctl.h>
45 #include <sys/dmap.h>           /* XXX */
46 #include <sys/vnode.h>
47 #include <sys/fcntl.h>
48 #include <sys/blist.h>
49 #include <sys/kernel.h>
50 #include <sys/lock.h>
51 #include <sys/conf.h>
52 #include <sys/stat.h>
53
54 #include <vm/vm.h>
55 #include <vm/vm_extern.h>
56 #include <vm/swap_pager.h>
57 #include <vm/vm_zone.h>
58 #include <vm/vm_param.h>
59
60 #include <sys/thread2.h>
61 #include <sys/mutex2.h>
62 #include <sys/spinlock2.h>
63
64 /*
65  * Indirect driver for multi-controller paging.
66  */
67
68 #ifndef NSWAPDEV
69 #define NSWAPDEV        4
70 #endif
71 static struct swdevt should_be_malloced[NSWAPDEV];
72 struct swdevt *swdevt = should_be_malloced;     /* exported to pstat/systat */
73 static swblk_t nswap;           /* first block after the interleaved devs */
74 static struct mtx swap_mtx = MTX_INITIALIZER("swpmtx");
75 int nswdev = NSWAPDEV;                          /* exported to pstat/systat */
76 swblk_t vm_swap_size;
77 swblk_t vm_swap_max;
78
79 static int swapoff_one(int index);
80 struct vnode *swapdev_vp;
81
82 /*
83  * (struct vnode *a_vp, struct bio *b_bio)
84  *
85  * vn_strategy() for swapdev_vp.  Perform swap strategy interleave device
86  * selection.
87  *
88  * No requirements.
89  */
90 static int
91 swapdev_strategy(struct vop_strategy_args *ap)
92 {
93         struct bio *bio = ap->a_bio;
94         struct bio *nbio;
95         struct buf *bp = bio->bio_buf;
96         swblk_t sz, off, seg, blkno, nblkno;
97         int index;
98         struct swdevt *sp;
99         sz = howmany(bp->b_bcount, PAGE_SIZE);
100         blkno = (swblk_t)(bio->bio_offset >> PAGE_SHIFT);
101
102         /*
103          * Convert interleaved swap into per-device swap.  Note that
104          * the block size is left in PAGE_SIZE'd chunks (for the newswap)
105          * here.
106          */
107         nbio = push_bio(bio);
108         if (nswdev > 1) {
109                 off = blkno % SWB_DMMAX;
110                 if (off + sz > SWB_DMMAX) {
111                         bp->b_error = EINVAL;
112                         bp->b_flags |= B_ERROR;
113                         biodone(bio);
114                         return 0;
115                 }
116                 seg = blkno / SWB_DMMAX;
117                 index = seg % nswdev;
118                 seg /= nswdev;
119                 nbio->bio_offset = (off_t)(seg * SWB_DMMAX + off) << PAGE_SHIFT;
120         } else {
121                 index = 0;
122                 nbio->bio_offset = bio->bio_offset;
123         }
124         nblkno = (swblk_t)(nbio->bio_offset >> PAGE_SHIFT);
125         sp = &swdevt[index];
126         if (nblkno + sz > sp->sw_nblks) {
127                 bp->b_error = EINVAL;
128                 bp->b_flags |= B_ERROR;
129                 /* I/O was never started on nbio, must biodone(bio) */
130                 biodone(bio);
131                 return 0;
132         }
133         if (sp->sw_vp == NULL) {
134                 bp->b_error = ENODEV;
135                 bp->b_flags |= B_ERROR;
136                 /* I/O was never started on nbio, must biodone(bio) */
137                 biodone(bio);
138                 return 0;
139         }
140
141         /*
142          * Issue a strategy call on the appropriate swap vnode.  Note that
143          * bp->b_vp is not modified.  Strategy code is always supposed to
144          * use the passed vp.
145          *
146          * We have to use vn_strategy() here even if we know we have a
147          * device in order to properly break up requests which exceed the
148          * device's DMA limits.
149          */
150         vn_strategy(sp->sw_vp, nbio);
151         return 0;
152 }
153
154 static int
155 swapdev_inactive(struct vop_inactive_args *ap)
156 {
157         vrecycle(ap->a_vp);
158         return(0);
159 }
160
161 static int
162 swapdev_reclaim(struct vop_reclaim_args *ap)
163 {
164         return(0);
165 }
166
167 /*
168  * Create a special vnode op vector for swapdev_vp - we only use
169  * vn_strategy(), everything else returns an error.
170  */
171 static struct vop_ops swapdev_vnode_vops = {
172         .vop_default =          vop_defaultop,
173         .vop_strategy =         swapdev_strategy,
174         .vop_inactive =         swapdev_inactive,
175         .vop_reclaim =          swapdev_reclaim
176 };
177 static struct vop_ops *swapdev_vnode_vops_p = &swapdev_vnode_vops;
178
179 VNODEOP_SET(swapdev_vnode_vops);
180
181 /*
182  * swapon_args(char *name)
183  *
184  * System call swapon(name) enables swapping on device name,
185  * which must be in the swdevsw.  Return EBUSY
186  * if already swapping on this device.
187  *
188  * No requirements.
189  */
190 int
191 sys_swapon(struct swapon_args *uap)
192 {
193         struct thread *td = curthread;
194         struct vattr attr;
195         struct vnode *vp;
196         struct nlookupdata nd;
197         int error;
198
199         error = priv_check(td, PRIV_ROOT);
200         if (error)
201                 return (error);
202
203         mtx_lock(&swap_mtx);
204         vp = NULL;
205         error = nlookup_init(&nd, uap->name, UIO_USERSPACE, NLC_FOLLOW);
206         if (error == 0)
207                 error = nlookup(&nd);
208         if (error == 0)
209                 error = cache_vref(&nd.nl_nch, nd.nl_cred, &vp);
210         nlookup_done(&nd);
211         if (error) {
212                 mtx_unlock(&swap_mtx);
213                 return (error);
214         }
215
216         if (vn_isdisk(vp, &error)) {
217                 error = swaponvp(td, vp, 0);
218         } else if (vp->v_type == VREG && vp->v_tag == VT_NFS &&
219                    (error = VOP_GETATTR(vp, &attr)) == 0) {
220                 /*
221                  * Allow direct swapping to NFS regular files in the same
222                  * way that nfs_mountroot() sets up diskless swapping.
223                  */
224                 error = swaponvp(td, vp, attr.va_size / DEV_BSIZE);
225         }
226         if (error)
227                 vrele(vp);
228         mtx_unlock(&swap_mtx);
229
230         return (error);
231 }
232
233 /*
234  * Swfree(index) frees the index'th portion of the swap map.
235  * Each of the nswdev devices provides 1/nswdev'th of the swap
236  * space, which is laid out with blocks of SWB_DMMAX pages circularly
237  * among the devices.
238  *
239  * The new swap code uses page-sized blocks.  The old swap code used
240  * DEV_BSIZE'd chunks.
241  *
242  * XXX locking when multiple swapon's run in parallel
243  */
244 int
245 swaponvp(struct thread *td, struct vnode *vp, u_quad_t nblks)
246 {
247         swblk_t aligned_nblks;
248         int64_t dpsize;
249         struct ucred *cred;
250         struct swdevt *sp;
251         swblk_t vsbase;
252         swblk_t dvbase;
253         cdev_t dev;
254         int index;
255         int error;
256         swblk_t blk;
257
258         cred = td->td_ucred;
259
260         lwkt_gettoken(&vm_token);       /* needed for vm_swap_size and blist */
261         mtx_lock(&swap_mtx);
262
263         if (!swapdev_vp) {
264                 error = getspecialvnode(VT_NON, NULL, &swapdev_vnode_vops_p,
265                                     &swapdev_vp, 0, 0);
266                 if (error)
267                         panic("Cannot get vnode for swapdev");
268                 swapdev_vp->v_type = VNON;      /* Untyped */
269                 vx_unlock(swapdev_vp);
270         }
271
272         for (sp = swdevt, index = 0 ; index < nswdev; index++, sp++) {
273                 if (sp->sw_vp == vp) {
274                         error = EBUSY;
275                         goto done;
276                 }
277                 if (!sp->sw_vp)
278                         goto found;
279
280         }
281         error = EINVAL;
282         goto done;
283     found:
284         vn_lock(vp, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY);
285         error = VOP_OPEN(vp, FREAD | FWRITE, cred, NULL);
286         vn_unlock(vp);
287         if (error)
288                 goto done;
289
290         /*
291          * v_rdev is not valid until after the VOP_OPEN() call.  dev_psize()
292          * must be supported if a character device has been specified.
293          */
294         if (vp->v_type == VCHR)
295                 dev = vp->v_rdev;
296         else
297                 dev = NULL;
298
299         if (nblks == 0 && dev != NULL) {
300                 dpsize = dev_dpsize(dev);
301                 if (dpsize == -1) {
302                         vn_lock(vp, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY);
303                         VOP_CLOSE(vp, FREAD | FWRITE, NULL);
304                         vn_unlock(vp);
305                         error = ENXIO;
306                         goto done;
307                 }
308                 nblks = (u_quad_t)dpsize;
309         }
310         if (nblks == 0) {
311                 vn_lock(vp, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY);
312                 VOP_CLOSE(vp, FREAD | FWRITE, NULL);
313                 vn_unlock(vp);
314                 error = ENXIO;
315                 goto done;
316         }
317
318         /*
319          * nblks is in DEV_BSIZE'd chunks, convert to PAGE_SIZE'd chunks.
320          * First chop nblks off to page-align it, then convert.
321          * 
322          * sw->sw_nblks is in page-sized chunks now too.
323          */
324         nblks &= ~(u_quad_t)(ctodb(1) - 1);
325         nblks = dbtoc(nblks);
326
327         /*
328          * Post-conversion nblks must not be >= BLIST_MAXBLKS, and
329          * we impose a 4-swap-device limit so we have to divide it out
330          * further.  Going beyond this will result in overflows in the
331          * blist code.
332          *
333          * Post-conversion nblks must fit within a (swblk_t), which
334          * this test also ensures.
335          */
336         if (nblks > BLIST_MAXBLKS / nswdev) {
337                 kprintf("exceeded maximum of %ld blocks per swap unit\n",
338                         (long)BLIST_MAXBLKS / nswdev);
339                 vn_lock(vp, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY);
340                 VOP_CLOSE(vp, FREAD | FWRITE, NULL);
341                 vn_unlock(vp);
342                 error = ENXIO;
343                 goto done;
344         }
345
346         sp->sw_vp = vp;
347         sp->sw_dev = dev2udev(dev);
348         sp->sw_device = dev;
349         sp->sw_flags = SW_FREED;
350         sp->sw_nused = 0;
351
352         /*
353          * nblks, nswap, and SWB_DMMAX are PAGE_SIZE'd parameters now, not
354          * DEV_BSIZE'd.   aligned_nblks is used to calculate the
355          * size of the swap bitmap, taking into account the stripe size.
356          */
357         aligned_nblks = (swblk_t)((nblks + SWB_DMMASK) &
358                                   ~(u_swblk_t)SWB_DMMASK);
359         sp->sw_nblks = aligned_nblks;
360
361         if (aligned_nblks * nswdev > nswap)
362                 nswap = aligned_nblks * nswdev;
363
364         if (swapblist == NULL)
365                 swapblist = blist_create(nswap);
366         else
367                 blist_resize(&swapblist, nswap, 0);
368
369         for (dvbase = SWB_DMMAX; dvbase < aligned_nblks; dvbase += SWB_DMMAX) {
370                 blk = min(aligned_nblks - dvbase, SWB_DMMAX);
371                 vsbase = index * SWB_DMMAX + dvbase * nswdev;
372                 blist_free(swapblist, vsbase, blk);
373                 vm_swap_size += blk;
374                 vm_swap_max += blk;
375         }
376         swap_pager_newswap();
377         error = 0;
378 done:
379         mtx_unlock(&swap_mtx);
380         lwkt_reltoken(&vm_token);
381         return (error);
382 }
383
384 /*
385  * swapoff_args(char *name)
386  *
387  * System call swapoff(name) disables swapping on device name,
388  * which must be an active swap device. Return ENOMEM
389  * if there is not enough memory to page in the contents of
390  * the given device.
391  *
392  * No requirements.
393  */
394 int
395 sys_swapoff(struct swapoff_args *uap)
396 {
397         struct vnode *vp;
398         struct nlookupdata nd;
399         struct swdevt *sp;
400         int error, index;
401
402         error = priv_check(curthread, PRIV_ROOT);
403         if (error)
404                 return (error);
405
406         mtx_lock(&swap_mtx);
407         vp = NULL;
408         error = nlookup_init(&nd, uap->name, UIO_USERSPACE, NLC_FOLLOW);
409         if (error == 0)
410                 error = nlookup(&nd);
411         if (error == 0)
412                 error = cache_vref(&nd.nl_nch, nd.nl_cred, &vp);
413         nlookup_done(&nd);
414         if (error)
415                 goto done;
416
417         for (sp = swdevt, index = 0; index < nswdev; index++, sp++) {
418                 if (sp->sw_vp == vp)
419                         goto found;
420         }
421         error = EINVAL;
422         goto done;
423 found:
424         error = swapoff_one(index);
425         swap_pager_newswap();
426
427 done:
428         mtx_unlock(&swap_mtx);
429         return (error);
430 }
431
432 static int
433 swapoff_one(int index)
434 {
435         swblk_t blk, aligned_nblks;
436         swblk_t dvbase, vsbase;
437         u_int pq_active_clean, pq_inactive_clean;
438         struct swdevt *sp;
439         struct vm_page marker;
440         vm_page_t m;
441         int q;
442
443         mtx_lock(&swap_mtx);
444
445         sp = &swdevt[index];
446         aligned_nblks = sp->sw_nblks;
447         pq_active_clean = pq_inactive_clean = 0;
448
449         /*
450          * We can turn off this swap device safely only if the
451          * available virtual memory in the system will fit the amount
452          * of data we will have to page back in, plus an epsilon so
453          * the system doesn't become critically low on swap space.
454          */
455         for (q = 0; q < PQ_L2_SIZE; ++q) {
456                 bzero(&marker, sizeof(marker));
457                 marker.flags = PG_BUSY | PG_FICTITIOUS | PG_MARKER;
458                 marker.queue = PQ_ACTIVE + q;
459                 marker.pc = q;
460                 marker.wire_count = 1;
461
462                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
463                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
464                                   &marker, pageq);
465
466                 while ((m = TAILQ_NEXT(&marker, pageq)) != NULL) {
467                         TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
468                                      &marker, pageq);
469                         TAILQ_INSERT_AFTER(&vm_page_queues[marker.queue].pl, m,
470                                            &marker, pageq);
471                         if (m->flags & (PG_MARKER | PG_FICTITIOUS))
472                                 continue;
473
474                         if (vm_page_busy_try(m, FALSE) == 0) {
475                                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
476                                 if (m->dirty == 0) {
477                                         vm_page_test_dirty(m);
478                                         if (m->dirty == 0)
479                                                 ++pq_active_clean;
480                                 }
481                                 vm_page_wakeup(m);
482                                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
483                         }
484                 }
485                 TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[marker.queue].pl, &marker, pageq);
486                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
487
488                 marker.queue = PQ_INACTIVE + q;
489                 marker.pc = q;
490                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
491                 TAILQ_INSERT_HEAD(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
492                                   &marker, pageq);
493
494                 while ((m = TAILQ_NEXT(&marker, pageq)) != NULL) {
495                         TAILQ_REMOVE(
496                                 &vm_page_queues[marker.queue].pl,
497                                 &marker, pageq);
498                         TAILQ_INSERT_AFTER(
499                                 &vm_page_queues[marker.queue].pl,
500                                 m, &marker, pageq);
501                         if (m->flags & (PG_MARKER | PG_FICTITIOUS))
502                                 continue;
503
504                         if (vm_page_busy_try(m, FALSE) == 0) {
505                                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
506                                 if (m->dirty == 0) {
507                                         vm_page_test_dirty(m);
508                                         if (m->dirty == 0)
509                                                 ++pq_inactive_clean;
510                                 }
511                                 vm_page_wakeup(m);
512                                 vm_page_queues_spin_lock(marker.queue);
513                         }
514                 }
515                 TAILQ_REMOVE(&vm_page_queues[marker.queue].pl,
516                              &marker, pageq);
517                 vm_page_queues_spin_unlock(marker.queue);
518         }
519
520         if (vmstats.v_free_count + vmstats.v_cache_count + pq_active_clean +
521             pq_inactive_clean + vm_swap_size < aligned_nblks + nswap_lowat) {
522                 mtx_unlock(&swap_mtx);
523                 return (ENOMEM);
524         }
525
526         /*
527          * Prevent further allocations on this device
528          */
529         sp->sw_flags |= SW_CLOSING;
530         for (dvbase = SWB_DMMAX; dvbase < aligned_nblks; dvbase += SWB_DMMAX) {
531                 blk = min(aligned_nblks - dvbase, SWB_DMMAX);
532                 vsbase = index * SWB_DMMAX + dvbase * nswdev;
533                 vm_swap_size -= blist_fill(swapblist, vsbase, blk);
534                 vm_swap_max -= blk;
535         }
536
537         /*
538          * Page in the contents of the device and close it.
539          */
540         if (swap_pager_swapoff(index) && swap_pager_swapoff(index)) {
541                 mtx_unlock(&swap_mtx);
542                 return (EINTR);
543         }
544
545         vn_lock(sp->sw_vp, LK_EXCLUSIVE | LK_RETRY);
546         VOP_CLOSE(sp->sw_vp, FREAD | FWRITE, NULL);
547         vn_unlock(sp->sw_vp);
548         vrele(sp->sw_vp);
549         bzero(swdevt + index, sizeof(struct swdevt));
550
551         /*
552          * Resize the bitmap based on the nem largest swap device,
553          * or free the bitmap if there are no more devices.
554          */
555         for (sp = swdevt, aligned_nblks = 0; sp < swdevt + nswdev; sp++) {
556                 if (sp->sw_vp)
557                         aligned_nblks = max(aligned_nblks, sp->sw_nblks);
558         }
559
560         nswap = aligned_nblks * nswdev;
561
562         if (nswap == 0) {
563                 blist_destroy(swapblist);
564                 swapblist = NULL;
565                 vrele(swapdev_vp);
566                 swapdev_vp = NULL;
567         } else {
568                 blist_resize(&swapblist, nswap, 0);
569         }
570
571         mtx_unlock(&swap_mtx);
572         return (0);
573 }
574
575 /*
576  * Account for swap space in individual swdevt's.  The caller ensures
577  * that the provided range falls into a single swdevt.
578  *
579  * +count       space freed
580  * -count       space allocated
581  */
582 void
583 swapacctspace(swblk_t base, swblk_t count)
584 {
585         int index;
586         swblk_t seg;
587
588         vm_swap_size += count;
589         seg = base / SWB_DMMAX;
590         index = seg % nswdev;
591         swdevt[index].sw_nused -= count;
592 }
593
594 /*
595  * Retrieve swap info
596  */
597 static int
598 sysctl_vm_swap_info(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
599 {
600         struct xswdev xs;
601         struct swdevt *sp;
602         int     error;
603         int     n;
604
605         error = 0;
606         for (n = 0; n < nswdev; ++n) {
607                 sp = &swdevt[n];
608
609                 xs.xsw_size = sizeof(xs);
610                 xs.xsw_version = XSWDEV_VERSION;
611                 xs.xsw_blksize = PAGE_SIZE;
612                 xs.xsw_dev = sp->sw_dev;
613                 xs.xsw_flags = sp->sw_flags;
614                 xs.xsw_nblks = sp->sw_nblks;
615                 xs.xsw_used = sp->sw_nused;
616
617                 error = SYSCTL_OUT(req, &xs, sizeof(xs));
618                 if (error)
619                         break;
620         }
621         return (error);
622 }
623
624 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, nswapdev, CTLFLAG_RD, &nswdev, 0,
625            "Number of swap devices");
626 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, swap_info_array, CTLFLAG_RD, sysctl_vm_swap_info,
627             "Swap statistics by device");