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 1.40 2006/04/25 16:22:32 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
 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
 140         prot = rw;
 141         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
 142         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
 143         vm_map_lock_read(kernel_map);
 144         rv = vm_map_check_protection(kernel_map, saddr, eaddr, prot);
 145         vm_map_unlock_read(kernel_map);
 146         if (rv == FALSE && is_globaldata_space(saddr, eaddr))
 147                 rv = TRUE;
 148         return (rv == TRUE);
 149 }
 150
 151 int
 152 useracc(c_caddr_t addr, int len, int rw)
 153 {
 154         boolean_t rv;
 155         vm_prot_t prot;
 156         vm_map_t map;
 157         vm_map_entry_t save_hint;
 158
 159         KASSERT((rw & (~VM_PROT_ALL)) == 0,
 160             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
 161         prot = rw;
 162         /*
 163          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
 164          * page tables - they are in the map.
 165          *
 166          * XXX - VM_MAXUSER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
 167          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
 168          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
 169          * used as a max in vm_mmap.c.
 170          */
 171         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAXUSER_ADDRESS
 172             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
 173                 return (FALSE);
 174         }
 175         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
 176         vm_map_lock_read(map);
 177         /*
 178          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
 179          * the map hint unnecessarily.
 180          */
 181         save_hint = map->hint;
 182         rv = vm_map_check_protection(map,
 183             trunc_page((vm_offset_t)addr), round_page((vm_offset_t)addr + len), prot);
 184         map->hint = save_hint;
 185         vm_map_unlock_read(map);
 186
 187         return (rv == TRUE);
 188 }
 189
 190 void
 191 vslock(caddr_t addr, u_int len)
 192 {
 193         vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 194             round_page((vm_offset_t)addr + len), 0);
 195 }
 196
 197 void
 198 vsunlock(caddr_t addr, u_int len)
 199 {
 200         vm_map_wire(&curproc->p_vmspace->vm_map, trunc_page((vm_offset_t)addr),
 201             round_page((vm_offset_t)addr + len), KM_PAGEABLE);
 202 }
 203
 204 /*
 205  * Implement fork's actions on an address space.
 206  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
 207  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
 208  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
 209  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
 210  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
 211  */
 212 void
 213 vm_fork(struct proc *p1, struct proc *p2, int flags)
 214 {
 215         struct user *up;
 216         struct thread *td2;
 217
 218         if ((flags & RFPROC) == 0) {
 219                 /*
 220                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
 221                  * this changes shared memory amongst threads, into
 222                  * COW locally.
 223                  */
 224                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
 225                         if (p1->p_vmspace->vm_refcnt > 1) {
 226                                 vmspace_unshare(p1);
 227                         }
 228                 }
 229                 cpu_fork(p1, p2, flags);
 230                 return;
 231         }
 232
 233         if (flags & RFMEM) {
 234                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
 235                 p1->p_vmspace->vm_refcnt++;
 236         }
 237
 238         while (vm_page_count_severe()) {
 239                 vm_wait();
 240         }
 241
 242         if ((flags & RFMEM) == 0) {
 243                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
 244
 245                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
 246
 247                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
 248                         shmfork(p1, p2);
 249         }
 250
 251         td2 = lwkt_alloc_thread(NULL, LWKT_THREAD_STACK, -1, 0);
 252         pmap_init_proc(p2, td2);
 253         lwkt_setpri(td2, TDPRI_KERN_USER);
 254         lwkt_set_comm(td2, "%s", p1->p_comm);
 255
 256         up = p2->p_addr;
 257
 258         /*
 259          * p_stats currently points at fields in the user struct
 260          * but not at &u, instead at p_addr. Copy parts of
 261          * p_stats; zero the rest of p_stats (statistics).
 262          *
 263          * If procsig->ps_refcnt is 1 and p2->p_sigacts is NULL we dont' need
 264          * to share sigacts, so we use the up->u_sigacts.
 265          */
 266         p2->p_stats = &up->u_stats;
 267         if (p2->p_sigacts == NULL) {
 268                 if (p2->p_procsig->ps_refcnt != 1)
 269                         printf ("PID:%d NULL sigacts with refcnt not 1!\n",p2->p_pid);
 270                 p2->p_sigacts = &up->u_sigacts;
 271                 up->u_sigacts = *p1->p_sigacts;
 272         }
 273
 274         bzero(&up->u_stats, sizeof(struct pstats));
 275
 276         /*
 277          * cpu_fork will copy and update the pcb, set up the kernel stack,
 278          * and make the child ready to run.
 279          */
 280         cpu_fork(p1, p2, flags);
 281 }
 282
 283 /*
 284  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
 285  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while
 286  * the process was still executing.
 287  */
 288 void
 289 vm_waitproc(struct proc *p)
 290 {
 291         p->p_stats = NULL;
 292         cpu_proc_wait(p);
 293         vmspace_exitfree(p);    /* and clean-out the vmspace */
 294 }
 295
 296 /*
 297  * Set default limits for VM system.
 298  * Called for proc 0, and then inherited by all others.
 299  *
 300  * XXX should probably act directly on proc0.
 301  */
 302 static void
 303 vm_init_limits(void *udata)
 304 {
 305         struct proc *p = udata;
 306         int rss_limit;
 307
 308         /*
 309          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
 310          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
 311          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
 312          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
 313          * and reduces thrashing of the object cache.
 314          */
 315         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
 316         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
 317         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
 318         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
 319         /* limit the limit to no less than 2MB */
 320         rss_limit = max(vmstats.v_free_count, 512);
 321         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
 322         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
 323 }
 324
 325 /*
 326  * Faultin the specified process.  Note that the process can be in any
 327  * state.  Just clear P_SWAPPEDOUT and call wakeup in case the process is
 328  * sleeping.
 329  */
 330 void
 331 faultin(struct proc *p)
 332 {
 333         if (p->p_flag & P_SWAPPEDOUT) {
 334                 /*
 335                  * The process is waiting in the kernel to return to user
 336                  * mode but cannot until P_SWAPPEDOUT gets cleared.
 337                  */
 338                 crit_enter();
 339                 p->p_flag &= ~(P_SWAPPEDOUT | P_SWAPWAIT);
 340 #ifdef INVARIANTS
 341                 if (swap_debug)
 342                         printf("swapping in %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 343 #endif
 344                 wakeup(p);
 345
 346                 crit_exit();
 347         }
 348 }
 349
 350 /*
 351  * Kernel initialization eventually falls through to this function,
 352  * which is process 0.
 353  *
 354  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
 355  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
 356  * time, it will be swapped in anyway.
 357  */
 358
 359 /* ARGSUSED*/
 360 static void
 361 scheduler(void *dummy)
 362 {
 363         struct proc *p;
 364         struct proc *pp;
 365         int pri;
 366         int ppri;
 367         segsz_t pgs;
 368
 369         KKASSERT(!IN_CRITICAL_SECT(curthread));
 370 loop:
 371         scheduler_notify = 0;
 372         /*
 373          * Don't try to swap anything in if we are low on memory.
 374          */
 375         if (vm_page_count_min()) {
 376                 vm_wait();
 377                 goto loop;
 378         }
 379
 380         /*
 381          * Look for a good candidate to wake up
 382          */
 383         pp = NULL;
 384         ppri = INT_MIN;
 385         for (p = allproc.lh_first; p != 0; p = p->p_list.le_next) {
 386                 if (p->p_flag & P_SWAPWAIT) {
 387                         pri = p->p_swtime + p->p_slptime - p->p_nice * 8;
 388
 389                         /*
 390                          * The more pages paged out while we were swapped,
 391                          * the more work we have to do to get up and running
 392                          * again and the lower our wakeup priority.
 393                          *
 394                          * Each second of sleep time is worth ~1MB
 395                          */
 396                         pgs = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 397                         if (pgs < p->p_vmspace->vm_swrss) {
 398                                 pri -= (p->p_vmspace->vm_swrss - pgs) /
 399                                         (1024 * 1024 / PAGE_SIZE);
 400                         }
 401
 402                         /*
 403                          * if this process is higher priority and there is
 404                          * enough space, then select this process instead of
 405                          * the previous selection.
 406                          */
 407                         if (pri > ppri) {
 408                                 pp = p;
 409                                 ppri = pri;
 410                         }
 411                 }
 412         }
 413
 414         /*
 415          * Nothing to do, back to sleep for at least 1/10 of a second.  If
 416          * we are woken up, immediately process the next request.  If
 417          * multiple requests have built up the first is processed
 418          * immediately and the rest are staggered.
 419          */
 420         if ((p = pp) == NULL) {
 421                 tsleep(&proc0, 0, "nowork", hz / 10);
 422                 if (scheduler_notify == 0)
 423                         tsleep(&scheduler_notify, 0, "nowork", 0);
 424                 goto loop;
 425         }
 426
 427         /*
 428          * Fault the selected process in, then wait for a short period of
 429          * time and loop up.
 430          *
 431          * XXX we need a heuristic to get a measure of system stress and
 432          * then adjust our stagger wakeup delay accordingly.
 433          */
 434         faultin(p);
 435         p->p_swtime = 0;
 436         tsleep(&proc0, 0, "swapin", hz / 10);
 437         goto loop;
 438 }
 439
 440 void
 441 swapin_request(void)
 442 {
 443         if (scheduler_notify == 0) {
 444                 scheduler_notify = 1;
 445                 wakeup(&scheduler_notify);
 446         }
 447 }
 448
 449 #ifndef NO_SWAPPING
 450
 451 #define swappable(p) \
 452         (((p)->p_lock == 0) && \
 453         ((p)->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_SWAPPEDOUT|P_WEXIT)) == 0)
 454
 455
 456 /*
 457  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
 458  */
 459 static int swap_idle_threshold1 = 15;
 460 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
 461         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
 462
 463 /*
 464  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
 465  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.  Default is
 466  * one minute.
 467  */
 468 static int swap_idle_threshold2 = 60;
 469 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
 470         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
 471
 472 /*
 473  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
 474  * procs and mark them as being swapped out.  This will cause the kernel
 475  * to prefer to pageout those proc's pages first and the procs in question
 476  * will not return to user mode until the swapper tells them they can.
 477  *
 478  * If any procs have been sleeping/stopped for at least maxslp seconds,
 479  * they are swapped.  Else, we swap the longest-sleeping or stopped process,
 480  * if any, otherwise the longest-resident process.
 481  */
 482 void
 483 swapout_procs(int action)
 484 {
 485         struct proc *p;
 486         struct proc *outp, *outp2;
 487         int outpri, outpri2;
 488
 489         outp = outp2 = NULL;
 490         outpri = outpri2 = INT_MIN;
 491 retry:
 492         for (p = allproc.lh_first; p != 0; p = p->p_list.le_next) {
 493                 struct vmspace *vm;
 494                 if (!swappable(p))
 495                         continue;
 496
 497                 vm = p->p_vmspace;
 498
 499                 if (p->p_stat == SSLEEP || p->p_stat == SRUN) {
 500                         /*
 501                          * do not swap out a realtime process
 502                          */
 503                         if (RTP_PRIO_IS_REALTIME(p->p_lwp.lwp_rtprio.type))
 504                                 continue;
 505
 506                         /*
 507                          * Guarentee swap_idle_threshold time in memory
 508                          */
 509                         if (p->p_slptime < swap_idle_threshold1)
 510                                 continue;
 511
 512                         /*
 513                          * If the system is under memory stress, or if we
 514                          * are swapping idle processes >= swap_idle_threshold2,
 515                          * then swap the process out.
 516                          */
 517                         if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
 518                             (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
 519                              (p->p_slptime < swap_idle_threshold2))) {
 520                                 continue;
 521                         }
 522
 523                         ++vm->vm_refcnt;
 524
 525                         /*
 526                          * If the process has been asleep for awhile, swap
 527                          * it out.
 528                          */
 529                         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
 530                             ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
 531                              (p->p_slptime > swap_idle_threshold2))) {
 532                                 swapout(p);
 533                                 vmspace_free(vm);
 534                                 goto retry;
 535                         }
 536
 537                         /*
 538                          * cleanup our reference
 539                          */
 540                         vmspace_free(vm);
 541                 }
 542         }
 543 }
 544
 545 static void
 546 swapout(struct proc *p)
 547 {
 548 #ifdef INVARIANTS
 549         if (swap_debug)
 550                 printf("swapping out %d (%s)\n", p->p_pid, p->p_comm);
 551 #endif
 552         ++p->p_stats->p_ru.ru_nswap;
 553         /*
 554          * remember the process resident count
 555          */
 556         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
 557         p->p_flag |= P_SWAPPEDOUT;
 558         p->p_swtime = 0;
 559 }
 560
 561 #endif /* !NO_SWAPPING */
 562