sys/vm/vm_glue.c

   1 /*
   2  * (MPSAFE)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      from: @(#)vm_glue.c     8.6 (Berkeley) 1/5/94
  35  *
  36  *
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Permission to use, copy, modify and distribute this software and
  41  * its documentation is hereby granted, provided that both the copyright
  42  * notice and this permission notice appear in all copies of the
  43  * software, derivative works or modified versions, and any portions
  44  * thereof, and that both notices appear in supporting documentation.
  45  *
  46  * CARNEGIE MELLON ALLOWS FREE USE OF THIS SOFTWARE IN ITS "AS IS"
  47  * CONDITION.  CARNEGIE MELLON DISCLAIMS ANY LIABILITY OF ANY KIND
  48  * FOR ANY DAMAGES WHATSOEVER RESULTING FROM THE USE OF THIS SOFTWARE.
  49  *
  50  * Carnegie Mellon requests users of this software to return to
  51  *
  52  *  Software Distribution Coordinator  or  Software.Distribution@CS.CMU.EDU
  53  *  School of Computer Science
  54  *  Carnegie Mellon University
  55  *  Pittsburgh PA 15213-3890
  56  *
  57  * any improvements or extensions that they make and grant Carnegie the
  58  * rights to redistribute these changes.
  59  *
  60  * $FreeBSD: src/sys/vm/vm_glue.c,v 1.94.2.4 2003/01/13 22:51:17 dillon Exp $
  61  */
  62
  63 #include "opt_vm.h"
  64
  65 #include <sys/param.h>
  66 #include <sys/systm.h>
  67 #include <sys/proc.h>
  68 #include <sys/resourcevar.h>
  69 #include <sys/buf.h>
  70 #include <sys/shm.h>
  71 #include <sys/vmmeter.h>
  72 #include <sys/sysctl.h>
  73
  74 #include <sys/kernel.h>
  75 #include <sys/unistd.h>
  76
  77 #include <machine/limits.h>
  78
  79 #include <vm/vm.h>
  80 #include <vm/vm_param.h>
  81 #include <sys/lock.h>
  82 #include <vm/pmap.h>
  83 #include <vm/vm_map.h>
  84 #include <vm/vm_page.h>
  85 #include <vm/vm_pageout.h>
  86 #include <vm/vm_kern.h>
  87 #include <vm/vm_extern.h>
  88
  89 #include <sys/user.h>
  90 #include <vm/vm_page2.h>
  91 #include <sys/thread2.h>
  92 #include <sys/sysref2.h>
  93
  94 /*
  95  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
  96  *
  97  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
  98  */
  99 static void scheduler (void *);
 100 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
 101
 102 #ifdef INVARIANTS
 103
 104 static int swap_debug = 0;
 105 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_debug,
 106         CTLFLAG_RW, &swap_debug, 0, "");
 107
 108 #endif
 109
 110 static int scheduler_notify;
 111
 112 static void swapout (struct proc *);
 113
 114 /*
 115  * No requirements.
 116  */
 117 int
 118 kernacc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 119 {
 120         boolean_t rv;
 121         vm_offset_t saddr, eaddr;
 122         vm_prot_t prot;
 123
 124         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 125             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)", rw));
 126
 127         /*
 128          * The globaldata space is not part of the kernel_map proper,
 129          * check access separately.
 130          */
 131         if (is_globaldata_space((vm_offset_t)addr, (vm_offset_t)(addr + len)))
 132                 return (TRUE);
 133
 134         /*
 135          * Nominal kernel memory access - check access via kernel_map.
 136          */
 137         if ((vm_offset_t)addr + len > kernel_map.max_offset ||
 138             (vm_offset_t)addr + len < (vm_offset_t)addr) {
 139                 return (FALSE);
 140         }
 141         prot = rw;
 142         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 143         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 144         rv = vm_map_check_protection(&kernel_map, saddr, eaddr, prot, FALSE);
 145
 146         return (rv == TRUE);
 147 }
 148
 149 /*
 150  * No requirements.
 151  */
 152 int
 153 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 154 {
 155         boolean_t rv;
 156         vm_prot_t prot;
 157         vm_map_t map;
 158         vm_map_entry_t save_hint;
 159         vm_offset_t wrap;
 160
 161         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 162             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)", rw));
 163         prot = rw;
 164         /*
 165          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 166          * page tables - they are in the map.
 167          */
 168         wrap = (vm_offset_t)addr + len;
 169         if (wrap > VM_MAX_USER_ADDRESS || wrap < (vm_offset_t)addr) {
 170                 return (FALSE);
 171         }
 172         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 173         vm_map_lock_read(map);
 174         /*
 175          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 176          * the map hint unnecessarily.
 177          */
 178         save_hint = map->hint;
 179         rv = vm_map_check_protection(map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 180                                      round_page(wrap), prot, TRUE);
 181         map->hint = save_hint;
 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 (p1->p_vmspace->vm_sysref.refcnt > 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         info.pp = NULL;
 352         info.ppri = INT_MIN;
 353         allproc_scan(scheduler_callback, &info);
 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(&proc_token);
 376         faultin(p);
 377         p->p_swtime = 0;
 378         PRELE(p);
 379         lwkt_reltoken(&proc_token);
 380         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 381         goto loop;
 382 }
 383
 384 /*
 385  * The caller must hold proc_token.
 386  */
 387 static int
 388 scheduler_callback(struct proc *p, void *data)
 389 {
 390         struct scheduler_info *info = data;
 391         struct lwp *lp;
 392         segsz_t pgs;
 393         int pri;
 394
 395         if (p->p_flags & P_SWAPWAIT) {
 396                 pri = 0;
 397                 FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 398                         /* XXX lwp might need a different metric */
 399                         pri += lp->lwp_slptime;
 400                 }
 401                 pri += p->p_swtime - p->p_nice * 8;
 402
 403                 /*
 404                  * The more pages paged out while we were swapped,
 405                  * the more work we have to do to get up and running
 406                  * again and the lower our wakeup priority.
 407                  *
 408                  * Each second of sleep time is worth ~1MB
 409                  */
 410                 lwkt_gettoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 411                 pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 412                 if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 413                         pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 414                                 (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 415                 }
 416                 lwkt_reltoken(&p->p_vmspace->vm_map.token);
 417
 418                 /*
 419                  * If this process is higher priority and there is
 420                  * enough space, then select this process instead of
 421                  * the previous selection.
 422                  */
 423                 if (pri > info->ppri) {
 424                         if (info->pp)
 425                                 PRELE(info->pp);
 426                         PHOLD(p);
 427                         info->pp = p;
 428                         info->ppri = pri;
 429                 }
 430         }
 431         return(0);
 432 }
 433
 434 /*
 435  * SMP races ok.
 436  * No requirements.
 437  */
 438 void
 439 swapin_request(void)
 440 {
 441         if (scheduler_notify == 0) {
 442                 scheduler_notify = 1;
 443                 wakeup(&scheduler_notify);
 444         }
 445 }
 446
 447 #ifndef NO_SWAPPING
 448
 449 #define swappable(p) \
 450         (((p)->p_lock == 0) && \
 451         ((p)->p_flags & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 452
 453
 454 /*
 455  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 456  */
 457 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 458 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 459         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "Guaranteed process resident time (sec)");
 460
 461 /*
 462  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 463  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 464  * one minute.
 465  */
 466 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 467 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 468         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "Time (sec) a process can idle before being swapped");
 469
 470 /*
 471  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 472  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 473  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 474  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 475  *
 476  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 477  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 478  * if any, otherwise the longest-resident process.
 479  */
 480
 481 static int swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data);
 482
 483 /*
 484  * No requirements.
 485  */
 486 void
 487 swapout_procs(int action)
 488 {
 489         allproc_scan(swapout_procs_callback, &action);
 490 }
 491
 492 /*
 493  * The caller must hold proc_token
 494  */
 495 static int
 496 swapout_procs_callback(struct proc *p, void *data)
 497 {
 498         struct lwp *lp;
 499         int action = *(int *)data;
 500         int minslp = -1;
 501
 502         if (!swappable(p))
 503                 return(0);
 504
 505         lwkt_gettoken(&p->p_token);
 506
 507         /*
 508          * We only consider active processes.
 509          */
 510         if (p->p_stat != SACTIVE && p->p_stat != SSTOP) {
 511                 lwkt_reltoken(&p->p_token);
 512                 return(0);
 513         }
 514
 515         FOREACH_LWP_IN_PROC(lp, p) {
 516                 /*
 517                  * do not swap out a realtime process
 518                  */
 519                 if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(lp->lwp_rtprio.type)) {
 520                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 521                         return(0);
 522                 }
 523
 524                 /*
 525                  * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 526                  */
 527                 if (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold1) {
 528                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 529                         return(0);
 530                 }
 531
 532                 /*
 533                  * If the system is under memory stress, or if we
 534                  * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 535                  * then swap the process out.
 536                  */
 537                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 538                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 539                      (lp->lwp_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 540                         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 541                         return(0);
 542                 }
 543
 544                 if (minslp == -1 || lp->lwp_slptime < minslp)
 545                         minslp = lp->lwp_slptime;
 546         }
 547
 548         /*
 549          * If the process has been asleep for awhile, swap
 550          * it out.
 551          */
 552         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 553             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 554              (minslp > swap_idle_threshold2))) {
 555                 swapout(p);
 556         }
 557
 558         /*
 559          * cleanup our reference
 560          */
 561         lwkt_reltoken(&p->p_token);
 562
 563         return(0);
 564 }
 565
 566 /*
 567  * The caller must hold proc_token and p->p_token
 568  */
 569 static void
 570 swapout(struct proc *p)
 571 {
 572 #ifdef INVARIANTS
 573         if (swap_debug)
 574                 kprintf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 575 #endif
 576         ++p->p_ru.ru_nswap;
 577
 578         /*
 579          * remember the process resident count
 580          */
 581         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 582         p->p_flags |= P_SWAPPEDOUT;
 583         p->p_swtime = 0;
 584 }
 585
 586 #endif /* !NO_SWAPPING */
 587