]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/vm_glue.c
Fix a horribly suboptimal algorithm in the vm_daemon.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / 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  * $FreeBSD$
63  */
64
65 #include "opt_vm.h"
66
67 #include <sys/param.h>
68 #include <sys/systm.h>
69 #include <sys/lock.h>
70 #include <sys/mutex.h>
71 #include <sys/proc.h>
72 #include <sys/resourcevar.h>
73 #include <sys/shm.h>
74 #include <sys/vmmeter.h>
75 #include <sys/sx.h>
76 #include <sys/sysctl.h>
77
78 #include <sys/kernel.h>
79 #include <sys/ktr.h>
80 #include <sys/unistd.h>
81
82 #include <machine/limits.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_param.h>
86 #include <vm/pmap.h>
87 #include <vm/vm_map.h>
88 #include <vm/vm_page.h>
89 #include <vm/vm_pageout.h>
90 #include <vm/vm_kern.h>
91 #include <vm/vm_extern.h>
92
93 #include <sys/user.h>
94
95 extern int maxslp;
96
97 /*
98  * System initialization
99  *
100  * Note: proc0 from proc.h
101  */
102
103 static void vm_init_limits __P((void *));
104 SYSINIT(vm_limits, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_FIRST, vm_init_limits, &proc0)
105
106 /*
107  * THIS MUST BE THE LAST INITIALIZATION ITEM!!!
108  *
109  * Note: run scheduling should be divorced from the vm system.
110  */
111 static void scheduler __P((void *));
112 SYSINIT(scheduler, SI_SUB_RUN_SCHEDULER, SI_ORDER_FIRST, scheduler, NULL)
113
114 #ifndef NO_SWAPPING
115 static void swapout __P((struct proc *));
116 #endif
117
118 int
119 kernacc(addr, len, rw)
120         caddr_t addr;
121         int len, rw;
122 {
123         boolean_t rv;
124         vm_offset_t saddr, eaddr;
125         vm_prot_t prot;
126
127         KASSERT((rw & ~VM_PROT_ALL) == 0,
128             ("illegal ``rw'' argument to kernacc (%x)\n", rw));
129         prot = rw;
130         saddr = trunc_page((vm_offset_t)addr);
131         eaddr = round_page((vm_offset_t)addr + len);
132         vm_map_lock_read(kernel_map);
133         rv = vm_map_check_protection(kernel_map, saddr, eaddr, prot);
134         vm_map_unlock_read(kernel_map);
135         return (rv == TRUE);
136 }
137
138 int
139 useracc(addr, len, rw)
140         caddr_t addr;
141         int len, rw;
142 {
143         boolean_t rv;
144         vm_prot_t prot;
145         vm_map_t map;
146         vm_map_entry_t save_hint;
147
148         GIANT_REQUIRED;
149
150         KASSERT((rw & ~VM_PROT_ALL) == 0,
151             ("illegal ``rw'' argument to useracc (%x)\n", rw));
152         prot = rw;
153         /*
154          * XXX - check separately to disallow access to user area and user
155          * page tables - they are in the map.
156          *
157          * XXX - VM_MAXUSER_ADDRESS is an end address, not a max.  It was once
158          * only used (as an end address) in trap.c.  Use it as an end address
159          * here too.  This bogusness has spread.  I just fixed where it was
160          * used as a max in vm_mmap.c.
161          */
162         if ((vm_offset_t) addr + len > /* XXX */ VM_MAXUSER_ADDRESS
163             || (vm_offset_t) addr + len < (vm_offset_t) addr) {
164                 return (FALSE);
165         }
166         map = &curproc->p_vmspace->vm_map;
167         vm_map_lock_read(map);
168         /*
169          * We save the map hint, and restore it.  Useracc appears to distort
170          * the map hint unnecessarily.
171          */
172         save_hint = map->hint;
173         rv = vm_map_check_protection(map,
174             trunc_page((vm_offset_t)addr), round_page((vm_offset_t)addr + len), prot);
175         map->hint = save_hint;
176         vm_map_unlock_read(map);
177         
178         return (rv == TRUE);
179 }
180
181 void
182 vslock(addr, len)
183         caddr_t addr;
184         u_int len;
185 {
186         GIANT_REQUIRED;
187         vm_map_pageable(&curproc->p_vmspace->vm_map,
188             trunc_page((vm_offset_t)addr),
189             round_page((vm_offset_t)addr + len), FALSE);
190 }
191
192 void
193 vsunlock(addr, len)
194         caddr_t addr;
195         u_int len;
196 {
197         GIANT_REQUIRED;
198         vm_map_pageable(&curproc->p_vmspace->vm_map,
199             trunc_page((vm_offset_t)addr),
200             round_page((vm_offset_t)addr + len), TRUE);
201 }
202
203 /*
204  * Implement fork's actions on an address space.
205  * Here we arrange for the address space to be copied or referenced,
206  * allocate a user struct (pcb and kernel stack), then call the
207  * machine-dependent layer to fill those in and make the new process
208  * ready to run.  The new process is set up so that it returns directly
209  * to user mode to avoid stack copying and relocation problems.
210  */
211 void
212 vm_forkproc(td, p2, td2, flags)
213         struct thread *td;
214         struct proc *p2;
215         struct thread *td2;
216         int flags;
217 {
218         struct proc *p1 = td->td_proc;
219         struct user *up;
220
221         GIANT_REQUIRED;
222
223         if ((flags & RFPROC) == 0) {
224                 /*
225                  * Divorce the memory, if it is shared, essentially
226                  * this changes shared memory amongst threads, into
227                  * COW locally.
228                  */
229                 if ((flags & RFMEM) == 0) {
230                         if (p1->p_vmspace->vm_refcnt > 1) {
231                                 vmspace_unshare(p1);
232                         }
233                 }
234                 cpu_fork(td, p2, td2, flags);
235                 return;
236         }
237
238         if (flags & RFMEM) {
239                 p2->p_vmspace = p1->p_vmspace;
240                 p1->p_vmspace->vm_refcnt++;
241         }
242
243         while (vm_page_count_severe()) {
244                 VM_WAIT;
245         }
246
247         if ((flags & RFMEM) == 0) {
248                 p2->p_vmspace = vmspace_fork(p1->p_vmspace);
249
250                 pmap_pinit2(vmspace_pmap(p2->p_vmspace));
251
252                 if (p1->p_vmspace->vm_shm)
253                         shmfork(p1, p2);
254         }
255
256         pmap_new_proc(p2);
257         pmap_new_thread(td2);           /* Initial thread */
258
259         /* XXXKSE this is unsatisfactory but should be adequate */
260         up = p2->p_uarea;
261
262         /*
263          * p_stats currently points at fields in the user struct
264          * but not at &u, instead at p_addr. Copy parts of
265          * p_stats; zero the rest of p_stats (statistics).
266          *
267          * If procsig->ps_refcnt is 1 and p2->p_sigacts is NULL we dont' need
268          * to share sigacts, so we use the up->u_sigacts.
269          */
270         p2->p_stats = &up->u_stats;
271         if (p2->p_sigacts == NULL) {
272                 if (p2->p_procsig->ps_refcnt != 1)
273                         printf ("PID:%d NULL sigacts with refcnt not 1!\n",p2->p_pid);
274                 p2->p_sigacts = &up->u_sigacts;
275                 up->u_sigacts = *p1->p_sigacts;
276         }
277
278         bzero(&up->u_stats.pstat_startzero,
279             (unsigned) ((caddr_t) &up->u_stats.pstat_endzero -
280                 (caddr_t) &up->u_stats.pstat_startzero));
281         bcopy(&p1->p_stats->pstat_startcopy, &up->u_stats.pstat_startcopy,
282             ((caddr_t) &up->u_stats.pstat_endcopy -
283                 (caddr_t) &up->u_stats.pstat_startcopy));
284
285
286         /*
287          * cpu_fork will copy and update the pcb, set up the kernel stack,
288          * and make the child ready to run.
289          */
290         cpu_fork(td, p2, td2, flags);
291 }
292
293 /*
294  * Called after process has been wait(2)'ed apon and is being reaped.
295  * The idea is to reclaim resources that we could not reclaim while
296  * the process was still executing.
297  */
298 void
299 vm_waitproc(p)
300         struct proc *p;
301 {
302         struct thread *td;
303
304         GIANT_REQUIRED;
305         cpu_wait(p);
306         pmap_dispose_proc(p);           /* drop per-process resources */
307         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td)
308                 pmap_dispose_thread(td);
309         vmspace_exitfree(p);            /* and clean-out the vmspace */
310 }
311
312 /*
313  * Set default limits for VM system.
314  * Called for proc 0, and then inherited by all others.
315  *
316  * XXX should probably act directly on proc0.
317  */
318 static void
319 vm_init_limits(udata)
320         void *udata;
321 {
322         struct proc *p = udata;
323         int rss_limit;
324
325         /*
326          * Set up the initial limits on process VM. Set the maximum resident
327          * set size to be half of (reasonably) available memory.  Since this
328          * is a soft limit, it comes into effect only when the system is out
329          * of memory - half of main memory helps to favor smaller processes,
330          * and reduces thrashing of the object cache.
331          */
332         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_cur = dflssiz;
333         p->p_rlimit[RLIMIT_STACK].rlim_max = maxssiz;
334         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_cur = dfldsiz;
335         p->p_rlimit[RLIMIT_DATA].rlim_max = maxdsiz;
336         /* limit the limit to no less than 2MB */
337         rss_limit = max(cnt.v_free_count, 512);
338         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_cur = ptoa(rss_limit);
339         p->p_rlimit[RLIMIT_RSS].rlim_max = RLIM_INFINITY;
340 }
341
342 void
343 faultin(p)
344         struct proc *p;
345 {
346         struct thread *td;
347         GIANT_REQUIRED;
348
349         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
350         mtx_lock_spin(&sched_lock);
351         if ((p->p_sflag & PS_INMEM) == 0) {
352                 ++p->p_lock;
353                 mtx_unlock_spin(&sched_lock);
354                 PROC_UNLOCK(p);
355
356                 pmap_swapin_proc(p);
357                 FOREACH_THREAD_IN_PROC (p, td)
358                         pmap_swapin_thread(td);
359
360                 PROC_LOCK(p);
361                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
362                 FOREACH_THREAD_IN_PROC (p, td)
363                         if (td->td_proc->p_stat == SRUN)        /* XXXKSE */
364                                 setrunqueue(td);
365
366                 p->p_sflag |= PS_INMEM;
367
368                 /* undo the effect of setting SLOCK above */
369                 --p->p_lock;
370         }
371         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
372 }
373
374 /*
375  * This swapin algorithm attempts to swap-in processes only if there
376  * is enough space for them.  Of course, if a process waits for a long
377  * time, it will be swapped in anyway.
378  *
379  *  XXXKSE - KSEGRP with highest priority counts..
380  *
381  * Giant is still held at this point, to be released in tsleep.
382  */
383 /* ARGSUSED*/
384 static void
385 scheduler(dummy)
386         void *dummy;
387 {
388         struct proc *p;
389         int pri;
390         struct proc *pp;
391         int ppri;
392
393         mtx_assert(&Giant, MA_OWNED | MA_NOTRECURSED);
394         /* GIANT_REQUIRED */
395
396 loop:
397         if (vm_page_count_min()) {
398                 VM_WAIT;
399                 goto loop;
400         }
401
402         pp = NULL;
403         ppri = INT_MIN;
404         sx_slock(&allproc_lock);
405         FOREACH_PROC_IN_SYSTEM(p) {
406                 struct ksegrp *kg;
407                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
408                 if (p->p_stat == SRUN
409                 && (p->p_sflag & (PS_INMEM | PS_SWAPPING)) == 0) {
410                         /* Find the minimum sleeptime for the process */
411                         FOREACH_KSEGRP_IN_PROC(p, kg) {
412                                 pri = p->p_swtime + kg->kg_slptime;
413                                 if ((p->p_sflag & PS_SWAPINREQ) == 0) {
414                                         pri -= kg->kg_nice * 8;
415                                 }
416                                 
417
418                                 /*
419                                  * if this ksegrp is higher priority
420                                  * and there is enough space, then select
421                                  * this process instead of the previous
422                                  * selection.
423                                  */
424                                 if (pri > ppri) {
425                                         pp = p;
426                                         ppri = pri;
427                                 }
428                         }
429                 }
430                 mtx_unlock_spin(&sched_lock);
431         }
432         sx_sunlock(&allproc_lock);
433
434         /*
435          * Nothing to do, back to sleep.
436          */
437         if ((p = pp) == NULL) {
438                 tsleep(&proc0, PVM, "sched", maxslp * hz / 2);
439                 goto loop;
440         }
441         mtx_lock_spin(&sched_lock);
442         p->p_sflag &= ~PS_SWAPINREQ;
443         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
444
445         /*
446          * We would like to bring someone in. (only if there is space).
447          */
448         PROC_LOCK(p);
449         faultin(p);
450         PROC_UNLOCK(p);
451         mtx_lock_spin(&sched_lock);
452         p->p_swtime = 0;
453         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
454         goto loop;
455 }
456
457 #ifndef NO_SWAPPING
458
459 /*
460  * Swap_idle_threshold1 is the guaranteed swapped in time for a process
461  */
462 static int swap_idle_threshold1 = 2;
463 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold1,
464         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold1, 0, "");
465
466 /*
467  * Swap_idle_threshold2 is the time that a process can be idle before
468  * it will be swapped out, if idle swapping is enabled.
469  */
470 static int swap_idle_threshold2 = 10;
471 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, swap_idle_threshold2,
472         CTLFLAG_RW, &swap_idle_threshold2, 0, "");
473
474 /*
475  * Swapout is driven by the pageout daemon.  Very simple, we find eligible
476  * procs and unwire their u-areas.  We try to always "swap" at least one
477  * process in case we need the room for a swapin.
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(action)
484 int action;
485 {
486         struct proc *p;
487         struct ksegrp *kg;
488         struct proc *outp, *outp2;
489         int outpri, outpri2;
490         int didswap = 0;
491
492         GIANT_REQUIRED;
493
494         outp = outp2 = NULL;
495         outpri = outpri2 = INT_MIN;
496 retry:
497         sx_slock(&allproc_lock);
498         LIST_FOREACH(p, &allproc, p_list) {
499                 struct vmspace *vm;
500                 int minslptime = 100000;
501                 
502                 PROC_LOCK(p);
503                 if (p->p_lock != 0 ||
504                     (p->p_flag & (P_TRACED|P_SYSTEM|P_WEXIT)) != 0) {
505                         PROC_UNLOCK(p);
506                         continue;
507                 }
508                 /*
509                  * only aiod changes vmspace, however it will be
510                  * skipped because of the if statement above checking 
511                  * for P_SYSTEM
512                  */
513                 vm = p->p_vmspace;
514                 mtx_lock_spin(&sched_lock);
515                 if ((p->p_sflag & (PS_INMEM|PS_SWAPPING)) != PS_INMEM) {
516                         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
517                         PROC_UNLOCK(p);
518                         continue;
519                 }
520
521                 switch (p->p_stat) {
522                 default:
523                         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
524                         PROC_UNLOCK(p);
525                         continue;
526
527                 case SSLEEP:
528                 case SSTOP:
529                         /*
530                          * do not swapout a realtime process
531                          * Check all the thread groups..
532                          */
533                         FOREACH_KSEGRP_IN_PROC(p, kg) {
534                                 if (PRI_IS_REALTIME(kg->kg_pri_class)) {
535                                         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
536                                         PROC_UNLOCK(p);
537                                         goto nextproc;
538                                 }
539
540                                 /*
541                                  * Do not swapout a process waiting
542                                  * on a critical event of some kind. 
543                                  * Also guarantee swap_idle_threshold1
544                                  * time in memory.
545                                  */
546                                 if (((FIRST_THREAD_IN_PROC(p)->td_priority) < PSOCK) ||
547                                     (kg->kg_slptime < swap_idle_threshold1)) {
548                                         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
549                                         PROC_UNLOCK(p);
550                                         goto nextproc;
551                                 }
552
553                                 /*
554                                  * If the system is under memory stress,
555                                  * or if we are swapping
556                                  * idle processes >= swap_idle_threshold2,
557                                  * then swap the process out.
558                                  */
559                                 if (((action & VM_SWAP_NORMAL) == 0) &&
560                                     (((action & VM_SWAP_IDLE) == 0) ||
561                                     (kg->kg_slptime < swap_idle_threshold2))) {
562                                         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
563                                         PROC_UNLOCK(p);
564                                         goto nextproc;
565                                 }
566                                 if (minslptime > kg->kg_slptime)
567                                         minslptime = kg->kg_slptime;
568                         }
569
570                         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
571                         ++vm->vm_refcnt;
572                         /*
573                          * do not swapout a process that
574                          * is waiting for VM
575                          * data structures there is a
576                          * possible deadlock.
577                          */
578                         if (lockmgr(&vm->vm_map.lock,
579                                         LK_EXCLUSIVE | LK_NOWAIT,
580                                         NULL, curthread)) {
581                                 vmspace_free(vm);
582                                 PROC_UNLOCK(p);
583                                 goto nextproc;
584                         }
585                         vm_map_unlock(&vm->vm_map);
586                         /*
587                          * If the process has been asleep for awhile and had
588                          * most of its pages taken away already, swap it out.
589                          */
590                         if ((action & VM_SWAP_NORMAL) ||
591                                 ((action & VM_SWAP_IDLE) &&
592                                  (minslptime > swap_idle_threshold2))) {
593                                 sx_sunlock(&allproc_lock);
594                                 swapout(p);
595                                 vmspace_free(vm);
596                                 didswap++;
597                                 goto retry;
598                         }
599                         PROC_UNLOCK(p);
600                         vmspace_free(vm);
601                 }
602 nextproc:
603         }
604         sx_sunlock(&allproc_lock);
605         /*
606          * If we swapped something out, and another process needed memory,
607          * then wakeup the sched process.
608          */
609         if (didswap)
610                 wakeup(&proc0);
611 }
612
613 static void
614 swapout(p)
615         struct proc *p;
616 {
617         struct thread *td;
618
619         PROC_LOCK_ASSERT(p, MA_OWNED);
620 #if defined(SWAP_DEBUG)
621         printf("swapping out %d\n", p->p_pid);
622 #endif
623         ++p->p_stats->p_ru.ru_nswap;
624         /*
625          * remember the process resident count
626          */
627         p->p_vmspace->vm_swrss = vmspace_resident_count(p->p_vmspace);
628
629         mtx_lock_spin(&sched_lock);
630         p->p_sflag &= ~PS_INMEM;
631         p->p_sflag |= PS_SWAPPING;
632         PROC_UNLOCK(p);
633         FOREACH_THREAD_IN_PROC (p, td)
634                 if (td->td_proc->p_stat == SRUN)        /* XXXKSE */
635                         remrunqueue(td);        /* XXXKSE */
636         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
637
638         pmap_swapout_proc(p);
639         FOREACH_THREAD_IN_PROC(p, td)
640                 pmap_swapout_thread(td);
641
642         mtx_lock_spin(&sched_lock);
643         p->p_sflag &= ~PS_SWAPPING;
644         p->p_swtime = 0;
645         mtx_unlock_spin(&sched_lock);
646 }
647 #endif /* !NO_SWAPPING */