]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/contrib/openzfs/module/os/linux/zfs/arc_os.c
ZFS: MFV 2.0-rc1-gfd20a8
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / contrib / openzfs / module / os / linux / zfs / arc_os.c
1 /*
2  * CDDL HEADER START
3  *
4  * The contents of this file are subject to the terms of the
5  * Common Development and Distribution License (the "License").
6  * You may not use this file except in compliance with the License.
7  *
8  * You can obtain a copy of the license at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE
9  * or http://www.opensolaris.org/os/licensing.
10  * See the License for the specific language governing permissions
11  * and limitations under the License.
12  *
13  * When distributing Covered Code, include this CDDL HEADER in each
14  * file and include the License file at usr/src/OPENSOLARIS.LICENSE.
15  * If applicable, add the following below this CDDL HEADER, with the
16  * fields enclosed by brackets "[]" replaced with your own identifying
17  * information: Portions Copyright [yyyy] [name of copyright owner]
18  *
19  * CDDL HEADER END
20  */
21 /*
22  * Copyright (c) 2005, 2010, Oracle and/or its affiliates. All rights reserved.
23  * Copyright (c) 2018, Joyent, Inc.
24  * Copyright (c) 2011, 2019 by Delphix. All rights reserved.
25  * Copyright (c) 2014 by Saso Kiselkov. All rights reserved.
26  * Copyright 2017 Nexenta Systems, Inc.  All rights reserved.
27  */
28
29 #include <sys/spa.h>
30 #include <sys/zio.h>
31 #include <sys/spa_impl.h>
32 #include <sys/zio_compress.h>
33 #include <sys/zio_checksum.h>
34 #include <sys/zfs_context.h>
35 #include <sys/arc.h>
36 #include <sys/zfs_refcount.h>
37 #include <sys/vdev.h>
38 #include <sys/vdev_trim.h>
39 #include <sys/vdev_impl.h>
40 #include <sys/dsl_pool.h>
41 #include <sys/zio_checksum.h>
42 #include <sys/multilist.h>
43 #include <sys/abd.h>
44 #include <sys/zil.h>
45 #include <sys/fm/fs/zfs.h>
46 #ifdef _KERNEL
47 #include <sys/shrinker.h>
48 #include <sys/vmsystm.h>
49 #include <sys/zpl.h>
50 #include <linux/page_compat.h>
51 #endif
52 #include <sys/callb.h>
53 #include <sys/kstat.h>
54 #include <sys/zthr.h>
55 #include <zfs_fletcher.h>
56 #include <sys/arc_impl.h>
57 #include <sys/trace_zfs.h>
58 #include <sys/aggsum.h>
59
60 /*
61  * This is a limit on how many pages the ARC shrinker makes available for
62  * eviction in response to one page allocation attempt.  Note that in
63  * practice, the kernel's shrinker can ask us to evict up to about 4x this
64  * for one allocation attempt.
65  *
66  * The default limit of 10,000 (in practice, 160MB per allocation attempt
67  * with 4K pages) limits the amount of time spent attempting to reclaim ARC
68  * memory to less than 100ms per allocation attempt, even with a small
69  * average compressed block size of ~8KB.
70  *
71  * See also the comment in arc_shrinker_count().
72  * Set to 0 to disable limit.
73  */
74 int zfs_arc_shrinker_limit = 10000;
75
76
77 /*
78  * Return a default max arc size based on the amount of physical memory.
79  */
80 uint64_t
81 arc_default_max(uint64_t min, uint64_t allmem)
82 {
83         /* Default to 1/2 of all memory. */
84         return (MAX(allmem / 2, min));
85 }
86
87 #ifdef _KERNEL
88 /*
89  * Return maximum amount of memory that we could possibly use.  Reduced
90  * to half of all memory in user space which is primarily used for testing.
91  */
92 uint64_t
93 arc_all_memory(void)
94 {
95 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
96         return (ptob(zfs_totalram_pages - zfs_totalhigh_pages));
97 #else
98         return (ptob(zfs_totalram_pages));
99 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
100 }
101
102 /*
103  * Return the amount of memory that is considered free.  In user space
104  * which is primarily used for testing we pretend that free memory ranges
105  * from 0-20% of all memory.
106  */
107 uint64_t
108 arc_free_memory(void)
109 {
110 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
111         struct sysinfo si;
112         si_meminfo(&si);
113         return (ptob(si.freeram - si.freehigh));
114 #else
115         return (ptob(nr_free_pages() +
116             nr_inactive_file_pages()));
117 #endif /* CONFIG_HIGHMEM */
118 }
119
120 /*
121  * Return the amount of memory that can be consumed before reclaim will be
122  * needed.  Positive if there is sufficient free memory, negative indicates
123  * the amount of memory that needs to be freed up.
124  */
125 int64_t
126 arc_available_memory(void)
127 {
128         return (arc_free_memory() - arc_sys_free);
129 }
130
131 static uint64_t
132 arc_evictable_memory(void)
133 {
134         int64_t asize = aggsum_value(&arc_size);
135         uint64_t arc_clean =
136             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]) +
137             zfs_refcount_count(&arc_mru->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]) +
138             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_DATA]) +
139             zfs_refcount_count(&arc_mfu->arcs_esize[ARC_BUFC_METADATA]);
140         uint64_t arc_dirty = MAX((int64_t)asize - (int64_t)arc_clean, 0);
141
142         /*
143          * Scale reported evictable memory in proportion to page cache, cap
144          * at specified min/max.
145          */
146         uint64_t min = (ptob(nr_file_pages()) / 100) * zfs_arc_pc_percent;
147         min = MAX(arc_c_min, MIN(arc_c_max, min));
148
149         if (arc_dirty >= min)
150                 return (arc_clean);
151
152         return (MAX((int64_t)asize - (int64_t)min, 0));
153 }
154
155 /*
156  * The _count() function returns the number of free-able objects.
157  * The _scan() function returns the number of objects that were freed.
158  */
159 static unsigned long
160 arc_shrinker_count(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
161 {
162         /*
163          * __GFP_FS won't be set if we are called from ZFS code (see
164          * kmem_flags_convert(), which removes it).  To avoid a deadlock, we
165          * don't allow evicting in this case.  We return 0 rather than
166          * SHRINK_STOP so that the shrinker logic doesn't accumulate a
167          * deficit against us.
168          */
169         if (!(sc->gfp_mask & __GFP_FS)) {
170                 return (0);
171         }
172
173         /*
174          * This code is reached in the "direct reclaim" case, where the
175          * kernel (outside ZFS) is trying to allocate a page, and the system
176          * is low on memory.
177          *
178          * The kernel's shrinker code doesn't understand how many pages the
179          * ARC's callback actually frees, so it may ask the ARC to shrink a
180          * lot for one page allocation. This is problematic because it may
181          * take a long time, thus delaying the page allocation, and because
182          * it may force the ARC to unnecessarily shrink very small.
183          *
184          * Therefore, we limit the amount of data that we say is evictable,
185          * which limits the amount that the shrinker will ask us to evict for
186          * one page allocation attempt.
187          *
188          * In practice, we may be asked to shrink 4x the limit to satisfy one
189          * page allocation, before the kernel's shrinker code gives up on us.
190          * When that happens, we rely on the kernel code to find the pages
191          * that we freed before invoking the OOM killer.  This happens in
192          * __alloc_pages_slowpath(), which retries and finds the pages we
193          * freed when it calls get_page_from_freelist().
194          *
195          * See also the comment above zfs_arc_shrinker_limit.
196          */
197         int64_t limit = zfs_arc_shrinker_limit != 0 ?
198             zfs_arc_shrinker_limit : INT64_MAX;
199         return (MIN(limit, btop((int64_t)arc_evictable_memory())));
200 }
201
202 static unsigned long
203 arc_shrinker_scan(struct shrinker *shrink, struct shrink_control *sc)
204 {
205         ASSERT((sc->gfp_mask & __GFP_FS) != 0);
206
207         /* The arc is considered warm once reclaim has occurred */
208         if (unlikely(arc_warm == B_FALSE))
209                 arc_warm = B_TRUE;
210
211         /*
212          * Evict the requested number of pages by reducing arc_c and waiting
213          * for the requested amount of data to be evicted.
214          */
215         arc_reduce_target_size(ptob(sc->nr_to_scan));
216         arc_wait_for_eviction(ptob(sc->nr_to_scan));
217         if (current->reclaim_state != NULL)
218                 current->reclaim_state->reclaimed_slab += sc->nr_to_scan;
219
220         /*
221          * We are experiencing memory pressure which the arc_evict_zthr was
222          * unable to keep up with. Set arc_no_grow to briefly pause arc
223          * growth to avoid compounding the memory pressure.
224          */
225         arc_no_grow = B_TRUE;
226
227         /*
228          * When direct reclaim is observed it usually indicates a rapid
229          * increase in memory pressure.  This occurs because the kswapd
230          * threads were unable to asynchronously keep enough free memory
231          * available.
232          */
233         if (current_is_kswapd()) {
234                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_memory_indirect_count);
235         } else {
236                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_memory_direct_count);
237         }
238
239         return (sc->nr_to_scan);
240 }
241
242 SPL_SHRINKER_DECLARE(arc_shrinker,
243     arc_shrinker_count, arc_shrinker_scan, DEFAULT_SEEKS);
244
245 int
246 arc_memory_throttle(spa_t *spa, uint64_t reserve, uint64_t txg)
247 {
248         uint64_t free_memory = arc_free_memory();
249
250         if (free_memory > arc_all_memory() * arc_lotsfree_percent / 100)
251                 return (0);
252
253         if (txg > spa->spa_lowmem_last_txg) {
254                 spa->spa_lowmem_last_txg = txg;
255                 spa->spa_lowmem_page_load = 0;
256         }
257         /*
258          * If we are in pageout, we know that memory is already tight,
259          * the arc is already going to be evicting, so we just want to
260          * continue to let page writes occur as quickly as possible.
261          */
262         if (current_is_kswapd()) {
263                 if (spa->spa_lowmem_page_load >
264                     MAX(arc_sys_free / 4, free_memory) / 4) {
265                         DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reclaim);
266                         return (SET_ERROR(ERESTART));
267                 }
268                 /* Note: reserve is inflated, so we deflate */
269                 atomic_add_64(&spa->spa_lowmem_page_load, reserve / 8);
270                 return (0);
271         } else if (spa->spa_lowmem_page_load > 0 && arc_reclaim_needed()) {
272                 /* memory is low, delay before restarting */
273                 ARCSTAT_INCR(arcstat_memory_throttle_count, 1);
274                 DMU_TX_STAT_BUMP(dmu_tx_memory_reclaim);
275                 return (SET_ERROR(EAGAIN));
276         }
277         spa->spa_lowmem_page_load = 0;
278         return (0);
279 }
280
281 void
282 arc_lowmem_init(void)
283 {
284         uint64_t allmem = arc_all_memory();
285
286         /*
287          * Register a shrinker to support synchronous (direct) memory
288          * reclaim from the arc.  This is done to prevent kswapd from
289          * swapping out pages when it is preferable to shrink the arc.
290          */
291         spl_register_shrinker(&arc_shrinker);
292
293         /*
294          * The ARC tries to keep at least this much memory available for the
295          * system.  This gives the ARC time to shrink in response to memory
296          * pressure, before running completely out of memory and invoking the
297          * direct-reclaim ARC shrinker.
298          *
299          * This should be more than twice high_wmark_pages(), so that
300          * arc_wait_for_eviction() will wait until at least the
301          * high_wmark_pages() are free (see arc_evict_state_impl()).
302          *
303          * Note: Even when the system is very low on memory, the kernel's
304          * shrinker code may only ask for one "batch" of pages (512KB) to be
305          * evicted.  If concurrent allocations consume these pages, there may
306          * still be insufficient free pages, and the OOM killer takes action.
307          *
308          * By setting arc_sys_free large enough, and having
309          * arc_wait_for_eviction() wait until there is at least arc_sys_free/2
310          * free memory, it is much less likely that concurrent allocations can
311          * consume all the memory that was evicted before checking for
312          * OOM.
313          *
314          * It's hard to iterate the zones from a linux kernel module, which
315          * makes it difficult to determine the watermark dynamically. Instead
316          * we compute the maximum high watermark for this system, based
317          * on the amount of memory, assuming default parameters on Linux kernel
318          * 5.3.
319          */
320
321         /*
322          * Base wmark_low is 4 * the square root of Kbytes of RAM.
323          */
324         long wmark = 4 * int_sqrt(allmem/1024) * 1024;
325
326         /*
327          * Clamp to between 128K and 64MB.
328          */
329         wmark = MAX(wmark, 128 * 1024);
330         wmark = MIN(wmark, 64 * 1024 * 1024);
331
332         /*
333          * watermark_boost can increase the wmark by up to 150%.
334          */
335         wmark += wmark * 150 / 100;
336
337         /*
338          * arc_sys_free needs to be more than 2x the watermark, because
339          * arc_wait_for_eviction() waits for half of arc_sys_free.  Bump this up
340          * to 3x to ensure we're above it.
341          */
342         arc_sys_free = wmark * 3 + allmem / 32;
343 }
344
345 void
346 arc_lowmem_fini(void)
347 {
348         spl_unregister_shrinker(&arc_shrinker);
349 }
350
351 int
352 param_set_arc_long(const char *buf, zfs_kernel_param_t *kp)
353 {
354         int error;
355
356         error = param_set_long(buf, kp);
357         if (error < 0)
358                 return (SET_ERROR(error));
359
360         arc_tuning_update(B_TRUE);
361
362         return (0);
363 }
364
365 int
366 param_set_arc_int(const char *buf, zfs_kernel_param_t *kp)
367 {
368         int error;
369
370         error = param_set_int(buf, kp);
371         if (error < 0)
372                 return (SET_ERROR(error));
373
374         arc_tuning_update(B_TRUE);
375
376         return (0);
377 }
378 #else /* _KERNEL */
379 int64_t
380 arc_available_memory(void)
381 {
382         int64_t lowest = INT64_MAX;
383
384         /* Every 100 calls, free a small amount */
385         if (spa_get_random(100) == 0)
386                 lowest = -1024;
387
388         return (lowest);
389 }
390
391 int
392 arc_memory_throttle(spa_t *spa, uint64_t reserve, uint64_t txg)
393 {
394         return (0);
395 }
396
397 uint64_t
398 arc_all_memory(void)
399 {
400         return (ptob(physmem) / 2);
401 }
402
403 uint64_t
404 arc_free_memory(void)
405 {
406         return (spa_get_random(arc_all_memory() * 20 / 100));
407 }
408 #endif /* _KERNEL */
409
410 /*
411  * Helper function for arc_prune_async() it is responsible for safely
412  * handling the execution of a registered arc_prune_func_t.
413  */
414 static void
415 arc_prune_task(void *ptr)
416 {
417         arc_prune_t *ap = (arc_prune_t *)ptr;
418         arc_prune_func_t *func = ap->p_pfunc;
419
420         if (func != NULL)
421                 func(ap->p_adjust, ap->p_private);
422
423         zfs_refcount_remove(&ap->p_refcnt, func);
424 }
425
426 /*
427  * Notify registered consumers they must drop holds on a portion of the ARC
428  * buffered they reference.  This provides a mechanism to ensure the ARC can
429  * honor the arc_meta_limit and reclaim otherwise pinned ARC buffers.  This
430  * is analogous to dnlc_reduce_cache() but more generic.
431  *
432  * This operation is performed asynchronously so it may be safely called
433  * in the context of the arc_reclaim_thread().  A reference is taken here
434  * for each registered arc_prune_t and the arc_prune_task() is responsible
435  * for releasing it once the registered arc_prune_func_t has completed.
436  */
437 void
438 arc_prune_async(int64_t adjust)
439 {
440         arc_prune_t *ap;
441
442         mutex_enter(&arc_prune_mtx);
443         for (ap = list_head(&arc_prune_list); ap != NULL;
444             ap = list_next(&arc_prune_list, ap)) {
445
446                 if (zfs_refcount_count(&ap->p_refcnt) >= 2)
447                         continue;
448
449                 zfs_refcount_add(&ap->p_refcnt, ap->p_pfunc);
450                 ap->p_adjust = adjust;
451                 if (taskq_dispatch(arc_prune_taskq, arc_prune_task,
452                     ap, TQ_SLEEP) == TASKQID_INVALID) {
453                         zfs_refcount_remove(&ap->p_refcnt, ap->p_pfunc);
454                         continue;
455                 }
456                 ARCSTAT_BUMP(arcstat_prune);
457         }
458         mutex_exit(&arc_prune_mtx);
459 }
460
461 /* BEGIN CSTYLED */
462 ZFS_MODULE_PARAM(zfs_arc, zfs_arc_, shrinker_limit, INT, ZMOD_RW,
463         "Limit on number of pages that ARC shrinker can reclaim at once");
464 /* END CSTYLED */