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_NODE(_vm_stats, OID_AUTO, pagequeue, CTLFLAG_RW, 0, "VM meter stats");
  63 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, page_colors, CTLFLAG_RD,
  64     &(PQ_NUMCOLORS), 0, "Number of colors in the page queue");
  65 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, cachesize, CTLFLAG_RD,
  66     &pq_cachesize, 0, "Size of the processor cache in KB");
  67 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, cachenways, CTLFLAG_RD,
  68     &pq_cachenways, 0, "Associativity of the processor cache");
  69 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, prime1, CTLFLAG_RD,
  70     &(PQ_PRIME1), 0, "Cache tuning value");
  71 SYSCTL_INT(_vm_stats_pagequeue, OID_AUTO, prime2, CTLFLAG_RD,
  72     &(PQ_PRIME2), 0, "Cache tuning value");
  73
  74 static void
  75 vm_coloring_init(void)
  76 {
  77 #ifdef PQ_NOOPT
  78         PQ_NUMCOLORS = PQ_PRIME1 = PQ_PRIME2 = 1;
  79 #else
  80
  81         setPQL2(&pq_cachesize, &pq_cachenways);
  82
  83         CTASSERT(PAGE_SIZE/1024 > 0);
  84
  85         if (pq_cachesize > 0 && pq_cachenways > 0)
  86                 PQ_NUMCOLORS = pq_cachesize / (PAGE_SIZE/1024) / \
  87                     pq_cachenways;
  88         else
  89                 PQ_NUMCOLORS = 32;
  90
  91         if (PQ_MAXCOLORS < PQ_NUMCOLORS) {
  92                 printf("VM-PQ color limit (PQ_MAXCOLORS=%u) exceeded (%u), see vm_page.h", PQ_MAXCOLORS, PQ_NUMCOLORS);
  93                 PQ_NUMCOLORS = PQ_MAXCOLORS;
  94         }
  95
  96         if (PQ_NUMCOLORS >= 128) {
  97                 PQ_PRIME1 = 31;
  98                 PQ_PRIME2 = 23;
  99         } else if (PQ_NUMCOLORS >= 64) {
 100                 PQ_PRIME1 = 13;
 101                 PQ_PRIME2 = 7;
 102         } else if (PQ_NUMCOLORS >= 32) {
 103                 PQ_PRIME1 = 9;
 104                 PQ_PRIME2 = 5;
 105         } else if (PQ_NUMCOLORS >= 16) {
 106                 PQ_PRIME1 = 5;
 107                 PQ_PRIME2 = 3;
 108         } else
 109                 PQ_NUMCOLORS = PQ_PRIME1 = PQ_PRIME2 = 1;
 110 #endif
 111
 112         /*
 113          * PQ_CACHE represents a
 114          * PQ_NUMCOLORS consecutive queue.
 115          */
 116         PQ_COLORMASK = PQ_NUMCOLORS - 1;
 117         PQ_INACTIVE  = 1 + PQ_NUMCOLORS;
 118         PQ_ACTIVE    = 2 + PQ_NUMCOLORS;
 119         PQ_CACHE     = 3 + PQ_NUMCOLORS;
 120         PQ_HOLD      = 3 + 2 * PQ_NUMCOLORS;
 121         PQ_COUNT     = 4 + 2 * PQ_NUMCOLORS;
 122         PQ_MAXLENGTH = PQ_NUMCOLORS / 3 + PQ_PRIME1;
 123
 124 #if 0
 125         /* XXX: is it possible to allocate vm_page_queues[PQ_COUNT] here? */
 126 #error XXX: vm_page_queues = malloc(PQ_COUNT * sizeof(struct vpgqueues));
 127 #endif
 128
 129         if (bootverbose)
 130                 if (PQ_NUMCOLORS > 1)
 131                     printf("Using %d colors for the VM-PQ tuning (%d, %d)\n",
 132                     PQ_NUMCOLORS, pq_cachesize, pq_cachenways);
 133 }
 134
 135 void
 136 vm_pageq_init(void)
 137 {
 138         int i;
 139
 140         vm_coloring_init();
 141
 142         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; ++i) {
 143                 vm_page_queues[PQ_FREE+i].cnt = &cnt.v_free_count;
 144         }
 145         for (i = 0; i < PQ_NUMCOLORS; ++i) {
 146                 vm_page_queues[PQ_CACHE + i].cnt = &cnt.v_cache_count;
 147         }
 148         vm_page_queues[PQ_INACTIVE].cnt = &cnt.v_inactive_count;
 149         vm_page_queues[PQ_ACTIVE].cnt = &cnt.v_active_count;
 150         vm_page_queues[PQ_HOLD].cnt = &cnt.v_active_count;
 151
 152         for (i = 0; i < PQ_COUNT; i++) {
 153                 TAILQ_INIT(&vm_page_queues[i].pl);
 154         }
 155 }
 156
 157 void
 158 vm_pageq_requeue(vm_page_t m)
 159 {
 160         int queue = VM_PAGE_GETQUEUE(m);
 161         struct vpgqueues *vpq;
 162
 163         if (queue != PQ_NONE) {
 164                 vpq = &vm_page_queues[queue];
 165                 TAILQ_REMOVE(&vpq->pl, m, pageq);
 166                 TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
 167         }
 168 }
 169
 170 /*
 171  *      vm_pageq_enqueue:
 172  */
 173 void
 174 vm_pageq_enqueue(int queue, vm_page_t m)
 175 {
 176         struct vpgqueues *vpq;
 177
 178         vpq = &vm_page_queues[queue];
 179         VM_PAGE_SETQUEUE2(m, queue);
 180         TAILQ_INSERT_TAIL(&vpq->pl, m, pageq);
 181         ++*vpq->cnt;
 182         ++vpq->lcnt;
 183 }
 184
 185 /*
 186  *      vm_add_new_page:
 187  *
 188  *      Add a new page to the freelist for use by the system.
 189  */
 190 void
 191 vm_pageq_add_new_page(vm_paddr_t pa)
 192 {
 193         vm_page_t m;
 194
 195         atomic_add_int(&cnt.v_page_count, 1);
 196         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pa);
 197         m->phys_addr = pa;
 198         m->flags = 0;
 199         m->pc = (pa >> PAGE_SHIFT) & PQ_COLORMASK;
 200         pmap_page_init(m);
 201         mtx_lock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
 202         vm_pageq_enqueue(m->pc + PQ_FREE, m);
 203         mtx_unlock_spin(&vm_page_queue_free_mtx);
 204 }
 205
 206 /*
 207  * vm_pageq_remove_nowakeup:
 208  *
 209  *      vm_page_unqueue() without any wakeup
 210  *
 211  *      The queue containing the given page must be locked.
 212  *      This routine may not block.
 213  */
 214 void
 215 vm_pageq_remove_nowakeup(vm_page_t m)
 216 {
 217         int queue = VM_PAGE_GETQUEUE(m);
 218         struct vpgqueues *pq;
 219
 220         if (queue != PQ_NONE) {
 221                 pq = &vm_page_queues[queue];
 222                 VM_PAGE_SETQUEUE2(m, PQ_NONE);
 223                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
 224                 (*pq->cnt)--;
 225                 pq->lcnt--;
 226         }
 227 }
 228
 229 /*
 230  * vm_pageq_remove:
 231  *
 232  *      Remove a page from its queue.
 233  *
 234  *      The queue containing the given page must be locked.
 235  *      This routine may not block.
 236  */
 237 void
 238 vm_pageq_remove(vm_page_t m)
 239 {
 240         int queue = VM_PAGE_GETQUEUE(m);
 241         struct vpgqueues *pq;
 242
 243         if (queue != PQ_NONE) {
 244                 VM_PAGE_SETQUEUE2(m, PQ_NONE);
 245                 pq = &vm_page_queues[queue];
 246                 TAILQ_REMOVE(&pq->pl, m, pageq);
 247                 (*pq->cnt)--;
 248                 pq->lcnt--;
 249                 if (VM_PAGE_RESOLVEQUEUE(m, queue) == PQ_CACHE) {
 250                         if (vm_paging_needed())
 251                                 pagedaemon_wakeup();
 252                 }
 253         }
 254 }
 255
 256 #ifndef PQ_NOOPT
 257
 258 /*
 259  *      vm_pageq_find:
 260  *
 261  *      Find a page on the specified queue with color optimization.
 262  *
 263  *      The page coloring optimization attempts to locate a page
 264  *      that does not overload other nearby pages in the object in
 265  *      the cpu's L2 cache.  We need this optimization because cpu
 266  *      caches tend to be physical caches, while object spaces tend
 267  *      to be virtual.
 268  *
 269  *      The specified queue must be locked.
 270  *      This routine may not block.
 271  *
 272  *      This routine may only be called from the vm_pageq_find()
 273  *      function in this file.
 274  */
 275 static inline vm_page_t
 276 _vm_pageq_find(int basequeue, int index)
 277 {
 278         int i;
 279         vm_page_t m = NULL;
 280         struct vpgqueues *pq;
 281
 282         pq = &vm_page_queues[basequeue];
 283
 284         /*
 285          * Note that for the first loop, index+i and index-i wind up at the
 286          * same place.  Even though this is not totally optimal, we've already
 287          * blown it by missing the cache case so we do not care.
 288          */
 289         for (i = PQ_NUMCOLORS / 2; i > 0; --i) {
 290                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index + i) & PQ_COLORMASK].pl)) \
 291                     != NULL)
 292                         break;
 293
 294                 if ((m = TAILQ_FIRST(&pq[(index - i) & PQ_COLORMASK].pl)) \
 295                     != NULL)
 296                         break;
 297         }
 298         return (m);
 299 }
 300 #endif /* PQ_NOOPT */
 301
 302 vm_page_t
 303 vm_pageq_find(int basequeue, int index, boolean_t prefer_zero)
 304 {
 305         vm_page_t m;
 306
 307 #ifndef PQ_NOOPT
 308         if (PQ_NUMCOLORS > 1) {
 309                 if (prefer_zero) {
 310                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl, \
 311                             pglist);
 312                 } else {
 313                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue+index].pl);
 314                 }
 315                 if (m == NULL) {
 316                         m = _vm_pageq_find(basequeue, index);
 317                 }
 318         } else {
 319 #endif
 320                 if (prefer_zero) {
 321                         m = TAILQ_LAST(&vm_page_queues[basequeue].pl, pglist);
 322                 } else {
 323                         m = TAILQ_FIRST(&vm_page_queues[basequeue].pl);
 324                 }
 325 #ifndef PQ_NOOPT
 326         }
 327 #endif
 328         return (m);
 329 }
 330