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
  92 /*
  93  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
  94  *
  95  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
  96  */
  97 static void scheduler (void *);
  98 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL);
  99
 100 #ifdef INVARIANTS
 101
 102 static int swap_debug = 0;
 103 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 104         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 105
 106 #endif
 107
 108 static int scheduler_notify;
 109
 110 static void swapout (struct proc *);
 111
 112 /*
 113  * No requirements.
 114  */
 115 int
 116 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 117 {
 118         boolean_t rv;
 119         vm_offset_t saddr, eaddr;
 120         vm_prot_t prot;
 121
 122         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 123             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)", rw));
 124
 125         /*
 126          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 127          * check access separately.
 128          */
 129         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 130                 return (TRUE);
 131
 132         /*
 133          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 134          */
 135         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 136             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 137                 return (FALSE);
 138         }
 139         prot = rw;
 140         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 141         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 142         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
 143
 144         return (rv == TRUE);
 145 }
 146
 147 /*
 148  * No requirements.
 149  */
 150 int
 151 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 152 {
 153         boolean_t rv;
 154         vm_prot_t prot;
 155         vm_map_t map;
 156         vm_offset_t wrap;
 157         vm_offset_t gpa;
 158
 159         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 160             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)", rw));
 161         prot = rw;
 162
 163         if (curthread->td_vmm) {
 164                 if (vmm_vm_get_gpa(curproc, (register_t *)&gpa, (register_t) addr))
 165                         panic("%s: could not get GPA\n", __func__);
 166                 addr = (c_caddr_t) gpa;
 167         }
 168
 169         /*
 170          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 171          * page tables - they are in the map.
 172          */
 173         wrap = (vm_offset_t)addr + len;
 174         if (wrap > VM_MAX_USER_ADDRESS || wrap < (vm_offset_t)addr) {
 175                 return (FALSE);
 176         }
 177         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 178         vm_map_lock_read(map);
 179
 180         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 181                                      round_page(wrap), prot, TRUE);
 182         vm_map_unlock_read(map);
 183
 184         return (rv == TRUE);
 185 }
 186
 187 /*
 188  * No requirements.
 189  */
 190 void
 191 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 192 {
 193         if (len) {
 194                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 195                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 196                             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 197         }
 198 }
 199
 200 /*
 201  * No requirements.
 202  */
 203 void
 204 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 205 {
 206         if (len) {
 207                 vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map,
 208                             trunc_page((vm_offset_t)addr),
 209                             round_page((vm_offset_t)addr + len),
 210                             KM_PAGEABLE);
 211         }
 212 }
 213
 214 /*
 215  * Implement fork's actions on an address space.
 216  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 217  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 218  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 219  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 220  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 221  *
 222  * No requirements.
 223  */
 224 void
 225 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 226 {
 227         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 228                 /*
 229                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 230                  * this changes shared memory amongst threads, into
 231                  * COW locally.
 232                  */
 233                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 234                         if (vmspace_getrefs(p1->p_vmspace) > 1) {
 235                                 vmspace_unshare(p1);
 236                         }
 237                 }
 238                 cpu_fork(ONLY_LWP_IN_PROC(p1), NULL, flags);
 239                 return;
 240         }
 241
 242         if (flags & RFMEM) {
 243                 vmspace_ref(p1->p_vmspace);
 244                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 245         }
 246
 247         while (vm_page_count_severe()) {
 248                 vm_wait(0);
 249         }
 250
 251         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 252                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 253
 254                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 255
 256                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 257                         shmfork(p1, p2);
 258         }
 259
 260         pmap_init_proc(p2);
 261 }
 262
 263 /*
 264  * Set default limits for VM system.  Call during proc0's initialization.
 265  *
 266  * Called from the low level boot code only.
 267  */
 268 void
 269 vm_init_limits(struct proc *p)
 270 {
 271         int rss_limit;
 272
 273         /*
 274          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 275          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 276          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 277          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 278          * and reduces thrashing of the object cache.
 279          */
 280         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 281         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 282         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 283         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 284         /* limit the limit to no less than 2MB */
 285         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 286         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 287         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 288 }
 289
 290 /*
 291  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 292  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 293  * sleeping.
 294  *
 295  * No requirements.
 296  */
 297 void
 298 faultin(struct proc *p)
 299 {
 300         if (p->p_flags & P_SWAPPEDOUT) {
 301                 /*
 302                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 303                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 304                  */
 305                 lwkt_gettoken(&p->p_token);
 306                 p->p_flags &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 307 #ifdef INVARIANTS
 308                 if (swap_debug)
 309                         kprintf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 310 #endif
 311                 wakeup(p);
 312                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 313         }
 314 }
 315
 316 /*
 317  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 318  * which is process 0.
 319  *
 320  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 321  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 322  * time, it will be swapped in anyway.
 323  */
 324 struct scheduler_info {
 325         struct proc *pp;
 326         int ppri;
 327 };
 328
 329 static int scheduler_callback(struct proc *p, void *data);
 330
 331 static void
 332 scheduler(void *dummy)
 333 {
 334         struct scheduler_info info;
 335         struct proc *p;
 336
 337         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 338 loop:
 339         scheduler_notify = 0;
 340         /*
 341          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 342          */
 343         if (vm_page_count_severe()) {
 344                 vm_wait(0);
 345                 goto loop;
 346         }
 347
 348         /*
 349          * Look for a good candidate to wake up
 350          *
 351          * XXX we should make the schedule thread pcpu and then use a
 352          * segmented allproc scan.
 353          */
 354         info.pp = NULL;
 355         info.ppri = INT_MIN;
 356         allproc_scan(scheduler_callback, &info, 0);
 357
 358         /*
 359          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 360          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 361          * multiple requests have built up the first is processed
 362          * immediately and the rest are staggered.
 363          */
 364         if ((p = info.pp) == NULL) {
 365                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 366                 if (scheduler_notify == 0)
 367                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 368                 goto loop;
 369         }
 370
 371         /*
 372          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 373          * time and loop up.
 374          *
 375          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 376          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 377          */
 378         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 379         faultin(p);
 380         p->p_swtime = 0;
 381         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 382         PRELE(p);
 383         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 384         goto loop;
 385 }
 386
 387 /*
 388  * Process only has its hold count bumped, we need the token
 389  * to safely scan the LWPs
 390  */
 391 static int
 392 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 393 {
 394         struct scheduler_info *info = data;
 395         struct vmspace *vm;
 396         struct lwp *lp;
 397         segsz_t pgs;
 398         int pri;
 399
 400         /*
 401          * We only care about processes in swap-wait.  Interlock test with
 402          * token if the flag is found set.
 403          */
 404         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0)
 405                 return 0;
 406         lwkt_gettoken_shared(&p->p_token);
 407         if ((p->p_flags & P_SWAPWAIT) == 0) {
 408                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 409                 return 0;
 410         }
 411
 412         /*
 413          * Calculate priority for swap-in
 414          */
 415         pri = 0;
 416         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 417                 /* XXX lwp might need a different metric */
 418                 pri += lp->lwp_slptime;
 419         }
 420         pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 421
 422         /*
 423          * The more pages paged out while we were swapped,
 424          * the more work we have to do to get up and running
 425          * again and the lower our wakeup priority.
 426          *
 427          * Each second of sleep time is worth ~1MB
 428          */
 429         if ((vm = p->p_vmspace) != NULL) {
 430                 vmspace_hold(vm);
 431                 pgs = vmspace_resident_count(vm);
 432                 if (pgs < vm->vm_swrss) {
 433                         pri -= (vm->vm_swrss - pgs) /
 434                                (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 435                 }
 436                 vmspace_drop(vm);
 437         }
 438         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 439
 440         /*
 441          * If this process is higher priority and there is
 442          * enough space, then select this process instead of
 443          * the previous selection.
 444          */
 445         if (pri > info->ppri) {
 446                 if (info->pp)
 447                         PRELE(info->pp);
 448                 PHOLD(p);
 449                 info->pp = p;
 450                 info->ppri = pri;
 451         }
 452         return(0);
 453 }
 454
 455 /*
 456  * SMP races ok.
 457  * No requirements.
 458  */
 459 void
 460 swapin_request(void)
 461 {
 462         if (scheduler_notify == 0) {
 463                 scheduler_notify = 1;
 464                 wakeup(&scheduler_notify);
 465         }
 466 }
 467
 468 #ifndef NO_SWAPPING
 469
 470 #define swappable(p) \
 471         (((p)->p_lock == 0) && \
 472         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 473
 474
 475 /*
 476  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 477  */
 478 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 479 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 480         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 481
 482 /*
 483  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 484  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 485  * one minute.
 486  */
 487 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 488 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 489         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 490
 491 /*
 492  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 493  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 494  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 495  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 496  *
 497  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 498  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 499  * if any, otherwise the longest-resident process.
 500  */
 501
 502 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 503
 504 /*
 505  * No requirements.
 506  */
 507 void
 508 swapout_procs(int action)
 509 {
 510         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action, 0);
 511 }
 512
 513 static int
 514 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 515 {
 516         struct lwp *lp;
 517         int action = *(int *)data;
 518         int minslp = -1;
 519
 520         if (!swappable(p))
 521                 return(0);
 522
 523         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 524
 525         /*
 526          * We only consider active processes.
 527          */
 528         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 529                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 530                 return(0);
 531         }
 532
 533         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 534                 /*
 535                  * do not swap out a realtime process
 536                  */
 537                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 538                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 539                         return(0);
 540                 }
 541
 542                 /*
 543                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 544                  */
 545                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 546                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 547                         return(0);
 548                 }
 549
 550                 /*
 551                  * If the system is under memory stress, or if we
 552                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 553                  * then swap the process out.
 554                  */
 555                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 556                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 557                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 558                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 559                         return(0);
 560                 }
 561
 562                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 563                         minslp = lp->lwp_slptime;
 564         }
 565
 566         /*
 567          * If the process has been asleep for awhile, swap
 568          * it out.
 569          */
 570         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 571             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 572              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 573                 swapout(p);
 574         }
 575
 576         /*
 577          * cleanup our reference
 578          */
 579         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 580
 581         return(0);
 582 }
 583
 584 /*
 585  * The caller must hold p->p_token
 586  */
 587 static void
 588 swapout(struct proc *p)
 589 {
 590 #ifdef INVARIANTS
 591         if (swap_debug)
 592                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 593 #endif
 594         ++p->p_ru.ru_nswap;
 595
 596         /*
 597          * remember the process resident count
 598          */
 599         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 600         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
 601         p->p_swtime = 0;
 602 }
 603
 604 #endif /* !NO_SWAPPING */
 605