sys/vm/vm_pageq.c

   1 /*-
   2  * Copyright (c) 1998 Matthew Dillon.  All Rights Reserved.
   3  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   4  * modification, are permitted provided that the following conditions
   5  * are met:
   6  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
   7  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
   8  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
   9  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  10  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  11  * 4. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  12  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  13  *    without specific prior written permission.
  14  *
  15  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS
  16  * OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED
  17  * WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  18  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY
  19  * DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  20  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE
  21  * GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS
  22  * INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY,
  23  * WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT (INCLUDING
  24  * NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
  25  * SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  26  */
  27
  28 #include <sys/cdefs.h>
  29 __FBSDID("$FreeBSD$");
  30
  31 #include "opt_vmpage.h"
  32
  33 #include <sys/param.h>
  34 #include <sys/systm.h>
  35 #include <sys/linker_set.h>
  36 #include <sys/lock.h>
  37 #include <sys/malloc.h>
  38 #include <sys/mutex.h>
  39 #include <sys/sysctl.h>
  40 #include <sys/proc.h>
  41 #include <sys/vmmeter.h>
  42 #include <sys/vnode.h>
  43
  44 #include <vm/vm.h>
  45 #include <vm/vm_param.h>
  46 #include <vm/vm_kern.h>
  47 #include <vm/vm_object.h>
  48 #include <vm/vm_page.h>
  49 #include <vm/vm_pageout.h>
  50 #include <vm/vm_pager.h>
  51 #include <vm/vm_extern.h>
  52
  53 static void vm_coloring_init(void);
  54 void setPQL2(int *const size, int *const ways);
  55
  56 struct vpgqueues vm_page_queues[PQ_MAXCOUNT];
  57 struct pq_coloring page_queue_coloring;
  58
  59 static int pq_cachesize = 0;    /* size of the cache in KB */
  60 static int pq_cachenways = 0;   /* associativity of the cache */
  61
  62 SYSCTL_DECL(_vm_stats);
  63 SYSCTL_NODE(_vm_stats, OID_AUTO, pagequeue, CTLFLAG_RW, 0, "VM meter stats");
  64 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, page_colors, CTLFLAG_RD,
  65     &(PQ_NUMCOLORS), 0, "Number of colors in the page queue");
  66 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, cachesize, CTLFLAG_RD,
  67     &pq_cachesize, 0, "Size of the processor cache in KB");
  68 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, cachenways, CTLFLAG_RD,
  69     &pq_cachenways, 0, "Associativity of the processor cache");
  70 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, prime1, CTLFLAG_RD,
  71     &(PQ_PRIME1), 0, "Cache tuning value");
  72 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, prime2, CTLFLAG_RD,
  73     &(PQ_PRIME2), 0, "Cache tuning value");
  74
  75 static void
  76 vm_coloring_init(void)
  77 {
  78 #ifdef PQ_NOOPT
  79         PQ_NUMCOLORS = PQ_PRIME1 = PQ_PRIME2 = 1;
  80 #else
  81
  82         setPQL2(&pq_cachesize, &pq_cachenways);
  83
  84         CTASSERT(PAGE_SIZE/1024 > 0);
  85
  86         if (pq_cachesize > 0 && pq_cachenways > 0)
  87                 PQ_NUMCOLORS = pq_cachesize / (PAGE_SIZE/1024) / \
  88                     pq_cachenways;
  89         else
  90                 PQ_NUMCOLORS = 32;
  91
  92         if (PQ_MAXCOLORS < PQ_NUMCOLORS) {
  93                 printf("VM-PQ color limit (PQ_MAXCOLORS=%u) exceeded (%u), see vm_page.h", PQ_MAXCOLORS, PQ_NUMCOLORS);
  94                 PQ_NUMCOLORS = PQ_MAXCOLORS;
  95         }
  96
  97         if (PQ_NUMCOLORS >= 128) {
  98                 PQ_PRIME1 = 31;
  99                 PQ_PRIME2 = 23;
 100         } else if (PQ_NUMCOLORS >= 64) {
 101                 PQ_PRIME1 = 13;
 102                 PQ_PRIME2 = 7;
 103         } else if (PQ_NUMCOLORS >= 32) {
 104                 PQ_PRIME1 = 9;
 105                 PQ_PRIME2 = 5;
 106         } else if (PQ_NUMCOLORS >= 16) {
 107                 PQ_PRIME1 = 5;
 108                 PQ_PRIME2 = 3;
 109         } else
 110                 PQ_NUMCOLORS = PQ_PRIME1 = PQ_PRIME2 = 1;
 111 #endif
 112
 113         /*
 114          * PQ_CACHE represents a
 115          * PQ_NUMCOLORS consecutive queue.
 116          */
 117         PQ_COLORMASK = PQ_NUMCOLORS - 1;
 118         PQ_INACTIVE  = 1 + PQ_NUMCOLORS;
 119         PQ_ACTIVE    = 2 + PQ_NUMCOLORS;
 120         PQ_CACHE     = 3 + PQ_NUMCOLORS;
 121         PQ_HOLD      = 3 + 2 * PQ_NUMCOLORS;
 122         PQ_COUNT     = 4 + 2 * PQ_NUMCOLORS;
 123         PQ_MAXLENGTH = PQ_NUMCOLORS / 3 + PQ_PRIME1;
 124
 125 #if 0
 126         /* XXX: is it possible to allocate vm_page_queues[PQ_COUNT] here? */
 127 #error XXX: vm_page_queues = malloc(PQ_COUNT * sizeof(struct vpgqueues));
 128 #endif
 129
 130         if (bootverbose)
 131                 if (PQ_NUMCOLORS > 1)
 132                     printf("Using %d colors for the VM-PQ tuning (%d, %d)\n",
 133                     PQ_NUMCOLORS, pq_cachesize, pq_cachenways);
 134 }
 135
 136 void
 137 vm_pageq_init(void)
 138 {
 139         int i;
 140
 141         vm_coloring_init();
 142
 143         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; ++i) {
 144                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &cnt.v_free_count;
 145         }
 146         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; ++i) {
 147                 vm_page_queues[PQ_CACHE + i].cnt = &cnt.v_cache_count;
 148         }
 149         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &cnt.v_inactive_count;
 150         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &cnt.v_active_count;
 151         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &cnt.v_active_count;
 152
 153         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
 154                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
 155         }
 156 }
 157
 158 void
 159 vm_pageq_requeue(vm_page_t m)
 160 {
 161         int queue = VM_PAGE_GETQUEUE(m);
 162         struct vpgqueues *vpq;
 163
 164         if (queue != PQ_NONE) {
 165                 vpq = &vm_page_queues[queue];
 166                 TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
 167                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
 168         }
 169 }
 170
 171 /*
 172  *      vm_pageq_enqueue:
 173  */
 174 void
 175 vm_pageq_enqueue(int queue, vm_page_t m)
 176 {
 177         struct vpgqueues *vpq;
 178
 179         vpq = &vm_page_queues[queue];
 180         VM_PAGE_SETQUEUE2(m, queue);
 181         TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
 182         ++*vpq->cnt;
 183         ++vpq->lcnt;
 184 }
 185
 186 /*
 187  *      vm_add_new_page:
 188  *
 189  *      Add a new page to the freelist for use by the system.
 190  */
 191 vm_page_t
 192 vm_pageq_add_new_page(vm_paddr_t pa)
 193 {
 194         vm_page_t m;
 195
 196         atomic_add_int(&cnt.v_page_count, 1);
 197         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 198         m->phys_addr = pa;
 199         m->flags = 0;
 200         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_COLORMASK;
 201         pmap_page_init(m);
 202         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
 203         vm_pageq_enqueue(m->pc + PQ_FREE, m);
 204         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
 205         return (m);
 206 }
 207
 208 /*
 209  * vm_pageq_remove_nowakeup:
 210  *
 211  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
 212  *
 213  *      The queue containing the given page must be locked.
 214  *      This routine may not block.
 215  */
 216 void
 217 vm_pageq_remove_nowakeup(vm_page_t m)
 218 {
 219         int queue = VM_PAGE_GETQUEUE(m);
 220         struct vpgqueues *pq;
 221
 222         if (queue != PQ_NONE) {
 223                 pq = &vm_page_queues[queue];
 224                 VM_PAGE_SETQUEUE2(m, PQ_NONE);
 225                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
 226                 (*pq->cnt)--;
 227                 pq->lcnt--;
 228         }
 229 }
 230
 231 /*
 232  * vm_pageq_remove:
 233  *
 234  *      Remove a page from its queue.
 235  *
 236  *      The queue containing the given page must be locked.
 237  *      This routine may not block.
 238  */
 239 void
 240 vm_pageq_remove(vm_page_t m)
 241 {
 242         int queue = VM_PAGE_GETQUEUE(m);
 243         struct vpgqueues *pq;
 244
 245         if (queue != PQ_NONE) {
 246                 VM_PAGE_SETQUEUE2(m, PQ_NONE);
 247                 pq = &vm_page_queues[queue];
 248                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
 249                 (*pq->cnt)--;
 250                 pq->lcnt--;
 251                 if (VM_PAGE_RESOLVEQUEUE(m, queue) == PQ_CACHE) {
 252                         if (vm_paging_needed())
 253                                 pagedaemon_wakeup();
 254                 }
 255         }
 256 }
 257
 258 #ifndef PQ_NOOPT
 259
 260 /*
 261  *      vm_pageq_find:
 262  *
 263  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
 264  *
 265  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
 266  *      that does not overload other nearby pages in the object in
 267  *      the cpu's L2 cache.  We need this optimization because cpu
 268  *      caches tend to be physical caches, while object spaces tend
 269  *      to be virtual.
 270  *
 271  *      The specified queue must be locked.
 272  *      This routine may not block.
 273  *
 274  *      This routine may only be called from the vm_pageq_find()
 275  *      function in this file.
 276  */
 277 static inline vm_page_t
 278 _vm_pageq_find(int basequeue, int index)
 279 {
 280         int i;
 281         vm_page_t m = NULL;
 282         struct vpgqueues *pq;
 283
 284         pq = &vm_page_queues[basequeue];
 285
 286         /*
 287          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
 288          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
 289          * blown it by missing the cache case so we do not care.
 290          */
 291         for (i = PQ_NUMCOLORS / 2; i > 0; --i) {
 292                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_COLORMASK].pl)) \
 293                     != NULL)
 294                         break;
 295
 296                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_COLORMASK].pl)) \
 297                     != NULL)
 298                         break;
 299         }
 300         return (m);
 301 }
 302 #endif /* PQ_NOOPT */
 303
 304 vm_page_t
 305 vm_pageq_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
 306 {
 307         vm_page_t m;
 308
 309 #ifndef PQ_NOOPT
 310         if (PQ_NUMCOLORS > 1) {
 311                 if (prefer_zero) {
 312                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, \
 313                             pglist);
 314                 } else {
 315                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
 316                 }
 317                 if (m == NULL) {
 318                         m = _vm_pageq_find(basequeue, index);
 319                 }
 320         } else {
 321 #endif
 322                 if (prefer_zero) {
 323                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue].pl, pglist);
 324                 } else {
 325                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue].pl);
 326                 }
 327 #ifndef PQ_NOOPT
 328         }
 329 #endif
 330         return (m);
 331 }
 332