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. All advertising materials mentioning features or use of this software
  17  *    must display the following acknowledgement:
  18  *      This product includes software developed by the University of
  19  *      California, Berkeley and its contributors.
  20  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  21  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  22  *    without specific prior written permission.
  23  *
  24  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  25  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  26  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  27  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  28  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  29  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  30  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  31  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  32  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  33  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  34  * SUCH DAMAGE.
  35  *
  36  *      from: @(#)vm_glue.c     8.6 (Berkeley) 1/5/94
  37  *
  38  *
  39  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  40  * All rights reserved.
  41  *
  42  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  43  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  44  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  45  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  46  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  47  *
  48  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  49  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  50  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  51  *
  52  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  53  *
  54  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  55  *  School of Computer Science
  56  *  Carnegie Mellon University
  57  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  58  *
  59  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  60  * rights to redistribute these changes.
  61  *
  62  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.94.2.4 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
  63  * $DragonFly: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.38 2005/11/22 08:41:06 dillon Exp $
  64  */
  65
  66 #include "opt_vm.h"
  67
  68 #include <sys/param.h>
  69 #include <sys/systm.h>
  70 #include <sys/proc.h>
  71 #include <sys/resourcevar.h>
  72 #include <sys/buf.h>
  73 #include <sys/shm.h>
  74 #include <sys/vmmeter.h>
  75 #include <sys/sysctl.h>
  76
  77 #include <sys/kernel.h>
  78 #include <sys/unistd.h>
  79
  80 #include <machine/limits.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_param.h>
  84 #include <sys/lock.h>
  85 #include <vm/pmap.h>
  86 #include <vm/vm_map.h>
  87 #include <vm/vm_page.h>
  88 #include <vm/vm_pageout.h>
  89 #include <vm/vm_kern.h>
  90 #include <vm/vm_extern.h>
  91
  92 #include <sys/user.h>
  93 #include <vm/vm_page2.h>
  94 #include <sys/thread2.h>
  95
  96 /*
  97  * System initialization
  98  *
  99  * Note: proc0 from proc.h
 100  */
 101
 102 static void vm_init_limits (void *);
 103 SYSINIT(vm_limits, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_FIRST, vm_init_limits, &proc0)
 104
 105 /*
 106  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
 107  *
 108  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
 109  */
 110 static void scheduler (void *);
 111 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
 112
 113 #ifdef INVARIANTS
 114
 115 static int swap_debug = 0;
 116 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 117         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 118
 119 #endif
 120
 121 static int scheduler_notify;
 122
 123 static void swapout (struct proc *);
 124
 125 int
 126 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 127 {
 128         boolean_t rv;
 129         vm_offset_t saddr, eaddr;
 130         vm_prot_t prot;
 131
 132         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 133             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)\n", rw));
 134         prot = rw;
 135         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 136         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 137         vm_map_lock_read(kernel_map);
 138         rv = vm_map_check_protection(kernel_map, saddr, eaddr, prot);
 139         vm_map_unlock_read(kernel_map);
 140         if (rv == FALSE && is_globaldata_space(saddr, eaddr))
 141                 rv = TRUE;
 142         return (rv == TRUE);
 143 }
 144
 145 int
 146 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 147 {
 148         boolean_t rv;
 149         vm_prot_t prot;
 150         vm_map_t map;
 151         vm_map_entry_t save_hint;
 152
 153         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 154             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
 155         prot = rw;
 156         /*
 157          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 158          * page tables - they are in the map.
 159          *
 160          * XXX - VM_MAXUSER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
 161          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
 162          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
 163          * used as a max in vm_mmap.c.
 164          */
 165         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAXUSER_ADDRESS
 166             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
 167                 return (FALSE);
 168         }
 169         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 170         vm_map_lock_read(map);
 171         /*
 172          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 173          * the map hint unnecessarily.
 174          */
 175         save_hint = map->hint;
 176         rv = vm_map_check_protection(map,
 177             trunc_page((vm_offset_t)addr), round_page((vm_offset_t)addr + len), prot);
 178         map->hint = save_hint;
 179         vm_map_unlock_read(map);
 180
 181         return (rv == TRUE);
 182 }
 183
 184 void
 185 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 186 {
 187         vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 188             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 189 }
 190
 191 void
 192 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 193 {
 194         vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 195             round_page((vm_offset_t)addr + len), KM_PAGEABLE);
 196 }
 197
 198 /*
 199  * Implement fork's actions on an address space.
 200  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 201  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 202  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 203  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 204  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 205  */
 206 void
 207 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 208 {
 209         struct user *up;
 210         struct thread *td2;
 211
 212         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 213                 /*
 214                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 215                  * this changes shared memory amongst threads, into
 216                  * COW locally.
 217                  */
 218                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 219                         if (p1->p_vmspace->vm_refcnt > 1) {
 220                                 vmspace_unshare(p1);
 221                         }
 222                 }
 223                 cpu_fork(p1, p2, flags);
 224                 return;
 225         }
 226
 227         if (flags & RFMEM) {
 228                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 229                 p1->p_vmspace->vm_refcnt++;
 230         }
 231
 232         while (vm_page_count_severe()) {
 233                 vm_wait();
 234         }
 235
 236         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 237                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 238
 239                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 240
 241                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 242                         shmfork(p1, p2);
 243         }
 244
 245         td2 = lwkt_alloc_thread(NULL, LWKT_THREAD_STACK, -1, 0);
 246         pmap_init_proc(p2, td2);
 247         lwkt_setpri(td2, TDPRI_KERN_USER);
 248         lwkt_set_comm(td2, "%s", p1->p_comm);
 249
 250         up = p2->p_addr;
 251
 252         /*
 253          * p_stats currently points at fields in the user struct
 254          * but not at &u, instead at p_addr. Copy parts of
 255          * p_stats; zero the rest of p_stats (statistics).
 256          *
 257          * If procsig->ps_refcnt is 1 and p2->p_sigacts is NULL we dont' need
 258          * to share sigacts, so we use the up->u_sigacts.
 259          */
 260         p2->p_stats = &up->u_stats;
 261         if (p2->p_sigacts == NULL) {
 262                 if (p2->p_procsig->ps_refcnt != 1)
 263                         printf ("PID:%d NULL sigacts with refcnt not 1!\n",p2->p_pid);
 264                 p2->p_sigacts = &up->u_sigacts;
 265                 up->u_sigacts = *p1->p_sigacts;
 266         }
 267
 268         bzero(&up->u_stats, sizeof(struct pstats));
 269
 270         /*
 271          * cpu_fork will copy and update the pcb, set up the kernel stack,
 272          * and make the child ready to run.
 273          */
 274         cpu_fork(p1, p2, flags);
 275 }
 276
 277 /*
 278  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
 279  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while
 280  * the process was still executing.
 281  */
 282 void
 283 vm_waitproc(struct proc *p)
 284 {
 285         p->p_stats = NULL;
 286         cpu_proc_wait(p);
 287         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
 288 }
 289
 290 /*
 291  * Set default limits for VM system.
 292  * Called for proc 0, and then inherited by all others.
 293  *
 294  * XXX should probably act directly on proc0.
 295  */
 296 static void
 297 vm_init_limits(void *udata)
 298 {
 299         struct proc *p = udata;
 300         int rss_limit;
 301
 302         /*
 303          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 304          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 305          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 306          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 307          * and reduces thrashing of the object cache.
 308          */
 309         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 310         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 311         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 312         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 313         /* limit the limit to no less than 2MB */
 314         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 315         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 316         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 317 }
 318
 319 /*
 320  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 321  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 322  * sleeping.
 323  */
 324 void
 325 faultin(struct proc *p)
 326 {
 327         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
 328                 /*
 329                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 330                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 331                  */
 332                 crit_enter();
 333                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 334 #ifdef INVARIANTS
 335                 if (swap_debug)
 336                         printf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 337 #endif
 338                 wakeup(p);
 339
 340                 crit_exit();
 341         }
 342 }
 343
 344 /*
 345  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 346  * which is process 0.
 347  *
 348  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 349  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 350  * time, it will be swapped in anyway.
 351  */
 352
 353 /* ARGSUSED*/
 354 static void
 355 scheduler(void *dummy)
 356 {
 357         struct proc *p;
 358         struct proc *pp;
 359         int pri;
 360         int ppri;
 361         segsz_t pgs;
 362
 363         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 364 loop:
 365         scheduler_notify = 0;
 366         /*
 367          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 368          */
 369         if (vm_page_count_min()) {
 370                 vm_wait();
 371                 goto loop;
 372         }
 373
 374         /*
 375          * Look for a good candidate to wake up
 376          */
 377         pp = NULL;
 378         ppri = INT_MIN;
 379         for (p = allproc.lh_first; p != 0; p = p->p_list.le_next) {
 380                 if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
 381                         pri = p->p_swtime + p->p_slptime - p->p_nice * 8;
 382
 383                         /*
 384                          * The more pages paged out while we were swapped,
 385                          * the more work we have to do to get up and running
 386                          * again and the lower our wakeup priority.
 387                          *
 388                          * Each second of sleep time is worth ~1MB
 389                          */
 390                         pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 391                         if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 392                                 pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 393                                         (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 394                         }
 395
 396                         /*
 397                          * if this process is higher priority and there is
 398                          * enough space, then select this process instead of
 399                          * the previous selection.
 400                          */
 401                         if (pri > ppri) {
 402                                 pp = p;
 403                                 ppri = pri;
 404                         }
 405                 }
 406         }
 407
 408         /*
 409          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 410          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 411          * multiple requests have built up the first is processed
 412          * immediately and the rest are staggered.
 413          */
 414         if ((p = pp) == NULL) {
 415                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 416                 if (scheduler_notify == 0)
 417                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 418                 goto loop;
 419         }
 420
 421         /*
 422          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 423          * time and loop up.
 424          *
 425          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 426          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 427          */
 428         faultin(p);
 429         p->p_swtime = 0;
 430         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 431         goto loop;
 432 }
 433
 434 void
 435 swapin_request(void)
 436 {
 437         if (scheduler_notify == 0) {
 438                 scheduler_notify = 1;
 439                 wakeup(&scheduler_notify);
 440         }
 441 }
 442
 443 #ifndef NO_SWAPPING
 444
 445 #define swappable(p) \
 446         (((p)->p_lock == 0) && \
 447         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 448
 449
 450 /*
 451  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 452  */
 453 static int swap_idle_threshold1 = 2;
 454 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 455         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
 456
 457 /*
 458  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 459  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 460  * one minute.
 461  */
 462 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 463 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 464         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
 465
 466 /*
 467  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 468  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 469  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 470  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 471  *
 472  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 473  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 474  * if any, otherwise the longest-resident process.
 475  */
 476 void
 477 swapout_procs(int action)
 478 {
 479         struct proc *p;
 480         struct proc *outp, *outp2;
 481         int outpri, outpri2;
 482
 483         outp = outp2 = NULL;
 484         outpri = outpri2 = INT_MIN;
 485 retry:
 486         for (p = allproc.lh_first; p != 0; p = p->p_list.le_next) {
 487                 struct vmspace *vm;
 488                 if (!swappable(p))
 489                         continue;
 490
 491                 vm = p->p_vmspace;
 492
 493                 if (p->p_stat == SSLEEP || p->p_stat == SRUN) {
 494                         /*
 495                          * do not swap out a realtime process
 496                          */
 497                         if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(p->p_lwp.lwp_rtprio.type))
 498                                 continue;
 499
 500                         /*
 501                          * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 502                          */
 503                         if (p->p_slptime < swap_idle_threshold1)
 504                                 continue;
 505
 506                         /*
 507                          * If the system is under memory stress, or if we
 508                          * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 509                          * then swap the process out.
 510                          */
 511                         if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 512                             (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 513                              (p->p_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 514                                 continue;
 515                         }
 516
 517                         ++vm->vm_refcnt;
 518
 519                         /*
 520                          * If the process has been asleep for awhile, swap
 521                          * it out.
 522                          */
 523                         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 524                             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 525                              (p->p_slptime > swap_idle_threshold2))) {
 526                                 swapout(p);
 527                                 vmspace_free(vm);
 528                                 goto retry;
 529                         }
 530
 531                         /*
 532                          * cleanup our reference
 533                          */
 534                         vmspace_free(vm);
 535                 }
 536         }
 537 }
 538
 539 static void
 540 swapout(struct proc *p)
 541 {
 542 #ifdef INVARIANTS
 543         if (swap_debug)
 544                 printf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 545 #endif
 546         ++p->p_stats->p_ru.ru_nswap;
 547         /*
 548          * remember the process resident count
 549          */
 550         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 551         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
 552         p->p_swtime = 0;
 553 }
 554
 555 #endif /* !NO_SWAPPING */
 556