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_page2.h>
  85 #include <vm/vm_pageout.h>
  86 #include <vm/vm_kern.h>
  87 #include <vm/vm_extern.h>
  88
  89 /*
  90  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
  91  *
  92  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
  93  */
  94 static void scheduler (void *);
  95 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL);
  96
  97 #ifdef INVARIANTS
  98
  99 static int swap_debug = 0;
 100 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 101         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 102
 103 #endif
 104
 105 static int scheduler_notify;
 106
 107 static void swapout (struct proc *);
 108
 109 /*
 110  * No requirements.
 111  */
 112 int
 113 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 114 {
 115         boolean_t rv;
 116         vm_offset_t saddr, eaddr;
 117         vm_prot_t prot;
 118
 119         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 120             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)", rw));
 121
 122         /*
 123          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 124          * check access separately.
 125          */
 126         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 127                 return (TRUE);
 128
 129         /*
 130          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 131          */
 132         if ((vm_offset_t)addr + len > vm_map_max(&kernel_map) ||
 133             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 134                 return (FALSE);
 135         }
 136         prot = rw;
 137         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 138         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 139         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
 140
 141         return (rv == TRUE);
 142 }
 143
 144 /*
 145  * No requirements.
 146  */
 147 int
 148 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 149 {
 150         boolean_t rv;
 151         vm_prot_t prot;
 152         vm_map_t map;
 153         vm_offset_t wrap;
 154         vm_offset_t gpa;
 155
 156         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 157             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)", rw));
 158         prot = rw;
 159
 160         if (curthread->td_vmm) {
 161                 if (vmm_vm_get_gpa(curproc, (register_t *)&gpa, (register_t) addr))
 162                         panic("%s: could not get GPA\n", __func__);
 163                 addr = (c_caddr_t) gpa;
 164         }
 165
 166         /*
 167          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 168          * page tables - they are in the map.
 169          */
 170         wrap = (vm_offset_t)addr + len;
 171         if (wrap > VM_MAX_USER_ADDRESS || wrap < (vm_offset_t)addr) {
 172                 return (FALSE);
 173         }
 174         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 175         vm_map_lock_read(map);
 176
 177         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 178                                      round_page(wrap), prot, TRUE);
 179         vm_map_unlock_read(map);
 180
 181         return (rv == TRUE);
 182 }
 183
 184 /*
 185  * No requirements.
 186  */
 187 void
 188 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 189 {
 190         if (len) {
 191                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 192                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 193                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 194         }
 195 }
 196
 197 /*
 198  * No requirements.
 199  */
 200 void
 201 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 202 {
 203         if (len) {
 204                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 205                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 206                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 207                             KM_PAGEABLE);
 208         }
 209 }
 210
 211 /*
 212  * Implement fork's actions on an address space.
 213  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 214  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 215  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 216  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 217  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 218  *
 219  * No requirements.
 220  */
 221 void
 222 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 223 {
 224         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 225                 /*
 226                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 227                  * this changes shared memory amongst threads, into
 228                  * COW locally.
 229                  */
 230                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 231                         if (vmspace_getrefs(p1->p_vmspace) > 1) {
 232                                 vmspace_unshare(p1);
 233                         }
 234                 }
 235                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 236                 return;
 237         }
 238
 239         if (flags & RFMEM) {
 240                 vmspace_ref(p1->p_vmspace);
 241                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 242         }
 243
 244         while (vm_page_count_severe()) {
 245                 vm_wait(0);
 246         }
 247
 248         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 249                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 250
 251                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 252
 253                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 254                         shmfork(p1, p2);
 255         }
 256
 257         pmap_init_proc(p2);
 258 }
 259
 260 /*
 261  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 262  *
 263  * Called from the low level boot code only.
 264  */
 265 void
 266 vm_init_limits(struct proc *p)
 267 {
 268         int rss_limit;
 269
 270         /*
 271          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 272          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 273          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 274          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 275          * and reduces thrashing of the object cache.
 276          */
 277         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 278         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 279         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 280         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 281         /* limit the limit to no less than 2MB */
 282         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 283         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 284         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 285 }
 286
 287 /*
 288  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 289  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 290  * sleeping.
 291  *
 292  * No requirements.
 293  */
 294 void
 295 faultin(struct proc *p)
 296 {
 297         if (p->p_flags & P_SWAPPEDOUT) {
 298                 /*
 299                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 300                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 301                  */
 302                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
 303                 p->p_flags &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 304 #ifdef INVARIANTS
 305                 if (swap_debug)
 306                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 307 #endif
 308                 wakeup(p);
 309                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 310         }
 311 }
 312
 313 /*
 314  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 315  * which is process 0.
 316  *
 317  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 318  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 319  * time, it will be swapped in anyway.
 320  */
 321 struct scheduler_info {
 322         struct proc *pp;
 323         int ppri;
 324 };
 325
 326 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 327
 328 static void
 329 scheduler(void *dummy)
 330 {
 331         struct scheduler_info info;
 332         struct proc *p;
 333
 334         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 335 loop:
 336         scheduler_notify = 0;
 337         /*
 338          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 339          */
 340         if (vm_page_count_severe()) {
 341                 vm_wait(0);
 342                 goto loop;
 343         }
 344
 345         /*
 346          * Look for a good candidate to wake up
 347          *
 348          * XXX we should make the schedule thread pcpu and then use a
 349          * segmented allproc scan.
 350          */
 351         info.pp = NULL;
 352         info.ppri = INT_MIN;
 353         allproc_scan(scheduler_callback, &info, 0);
 354
 355         /*
 356          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 357          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 358          * multiple requests have built up the first is processed
 359          * immediately and the rest are staggered.
 360          */
 361         if ((p = info.pp) == NULL) {
 362                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 363                 if (scheduler_notify == 0)
 364                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 365                 goto loop;
 366         }
 367
 368         /*
 369          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 370          * time and loop up.
 371          *
 372          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 373          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 374          */
 375         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 376         faultin(p);
 377         p->p_swtime = 0;
 378         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 379         PRELE(p);
 380         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 381         goto loop;
 382 }
 383
 384 /*
 385  * Process only has its hold count bumped, we need the token
 386  * to safely scan the LWPs
 387  */
 388 static int
 389 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 390 {
 391         struct scheduler_info *info = data;
 392         struct vmspace *vm;
 393         struct lwp *lp;
 394         segsz_t pgs;
 395         int pri;
 396
 397         /*
 398          * We only care about processes in swap-wait.  Interlock test with
 399          * token if the flag is found set.
 400          */
 401         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0)
 402                 return 0;
 403         lwkt_gettoken_shared(&p->p_token);
 404         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0) {
 405                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 406                 return 0;
 407         }
 408
 409         /*
 410          * Calculate priority for swap-in
 411          */
 412         pri = 0;
 413         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 414                 /* XXX lwp might need a different metric */
 415                 pri += lp->lwp_slptime;
 416         }
 417         pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 418
 419         /*
 420          * The more pages paged out while we were swapped,
 421          * the more work we have to do to get up and running
 422          * again and the lower our wakeup priority.
 423          *
 424          * Each second of sleep time is worth ~1MB
 425          */
 426         if ((vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 427                 vmspace_hold(vm);
 428                 pgs = vmspace_resident_count(vm);
 429                 if (pgs < vm->vm_swrss) {
 430                         pri -= (vm->vm_swrss - pgs) /
 431                                (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 432                 }
 433                 vmspace_drop(vm);
 434         }
 435         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 436
 437         /*
 438          * If this process is higher priority and there is
 439          * enough space, then select this process instead of
 440          * the previous selection.
 441          */
 442         if (pri > info->ppri) {
 443                 if (info->pp)
 444                         PRELE(info->pp);
 445                 PHOLD(p);
 446                 info->pp = p;
 447                 info->ppri = pri;
 448         }
 449         return(0);
 450 }
 451
 452 /*
 453  * SMP races ok.
 454  * No requirements.
 455  */
 456 void
 457 swapin_request(void)
 458 {
 459         if (scheduler_notify == 0) {
 460                 scheduler_notify = 1;
 461                 wakeup(&scheduler_notify);
 462         }
 463 }
 464
 465 #ifndef NO_SWAPPING
 466
 467 #define swappable(p) \
 468         (((p)->p_lock == 0) && \
 469         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 470
 471
 472 /*
 473  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 474  */
 475 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 476 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 477         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 478
 479 /*
 480  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 481  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 482  * one minute.
 483  */
 484 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 485 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 486         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 487
 488 /*
 489  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 490  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 491  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 492  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 493  *
 494  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 495  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 496  * if any, otherwise the longest-resident process.
 497  */
 498
 499 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 500
 501 /*
 502  * No requirements.
 503  */
 504 void
 505 swapout_procs(int action)
 506 {
 507         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action, 0);
 508 }
 509
 510 static int
 511 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 512 {
 513         struct lwp *lp;
 514         int action = *(int *)data;
 515         int minslp = -1;
 516
 517         if (!swappable(p))
 518                 return(0);
 519
 520         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 521
 522         /*
 523          * We only consider active processes.
 524          */
 525         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 526                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 527                 return(0);
 528         }
 529
 530         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 531                 /*
 532                  * do not swap out a realtime process
 533                  */
 534                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 535                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 536                         return(0);
 537                 }
 538
 539                 /*
 540                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 541                  */
 542                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 543                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 544                         return(0);
 545                 }
 546
 547                 /*
 548                  * If the system is under memory stress, or if we
 549                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 550                  * then swap the process out.
 551                  */
 552                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 553                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 554                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 555                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 556                         return(0);
 557                 }
 558
 559                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 560                         minslp = lp->lwp_slptime;
 561         }
 562
 563         /*
 564          * If the process has been asleep for awhile, swap
 565          * it out.
 566          */
 567         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 568             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 569              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 570                 swapout(p);
 571         }
 572
 573         /*
 574          * cleanup our reference
 575          */
 576         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 577
 578         return(0);
 579 }
 580
 581 /*
 582  * The caller must hold p->p_token
 583  */
 584 static void
 585 swapout(struct proc *p)
 586 {
 587 #ifdef INVARIANTS
 588         if (swap_debug)
 589                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 590 #endif
 591         ++p->p_ru.ru_nswap;
 592
 593         /*
 594          * remember the process resident count
 595          */
 596         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 597         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
 598         p->p_swtime = 0;
 599 }
 600
 601 #endif /* !NO_SWAPPING */
 602