sys/vm/vm_pagequeue.h

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: (BSD-3-Clause AND MIT-CMU)
   3  *
   4  * Copyright (c) 1991, 1993
   5  *      The Regents of the University of California.  All rights reserved.
   6  *
   7  * This code is derived from software contributed to Berkeley by
   8  * The Mach Operating System project at Carnegie-Mellon University.
   9  *
  10  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  11  * modification, are permitted provided that the following conditions
  12  * are met:
  13  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  * 3. Neither the name of the University nor the names of its contributors
  19  *    may be used to endorse or promote products derived from this software
  20  *    without specific prior written permission.
  21  *
  22  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE REGENTS AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  23  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  24  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  25  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE REGENTS OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  26  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  27  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  28  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  29  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  30  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  31  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  32  * SUCH DAMAGE.
  33  *
  34  *      from: @(#)vm_page.h     8.2 (Berkeley) 12/13/93
  35  *
  36  *
  37  * Copyright (c) 1987, 1990 Carnegie-Mellon University.
  38  * All rights reserved.
  39  *
  40  * Authors: Avadis Tevanian, Jr., Michael Wayne Young
  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 #ifndef _VM_PAGEQUEUE_
  66 #define _VM_PAGEQUEUE_
  67
  68 #ifdef _KERNEL
  69 struct vm_pagequeue {
  70         struct mtx      pq_mutex;
  71         struct pglist   pq_pl;
  72         int             pq_cnt;
  73         const char      * const pq_name;
  74         uint64_t        pq_pdpages;
  75 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
  76
  77 #ifndef VM_BATCHQUEUE_SIZE
  78 #define VM_BATCHQUEUE_SIZE      7
  79 #endif
  80
  81 struct vm_batchqueue {
  82         vm_page_t       bq_pa[VM_BATCHQUEUE_SIZE];
  83         int             bq_cnt;
  84 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
  85
  86 #include <vm/uma.h>
  87 #include <sys/pidctrl.h>
  88 struct sysctl_oid;
  89
  90 /*
  91  * One vm_domain per-numa domain.  Contains pagequeues, free page structures,
  92  * and accounting.
  93  *
  94  * Lock Key:
  95  * f    vmd_free_mtx
  96  * p    vmd_pageout_mtx
  97  * d    vm_domainset_lock
  98  * a    atomic
  99  * c    const after boot
 100  * q    page queue lock
 101 */
 102 struct vm_domain {
 103         struct vm_pagequeue vmd_pagequeues[PQ_COUNT];
 104         struct mtx_padalign vmd_free_mtx;
 105         struct mtx_padalign vmd_pageout_mtx;
 106         struct vm_pgcache {
 107                 int domain;
 108                 int pool;
 109                 uma_zone_t zone;
 110         } vmd_pgcache[VM_NFREEPOOL];
 111         struct vmem *vmd_kernel_arena;  /* (c) per-domain kva R/W arena. */
 112         struct vmem *vmd_kernel_rwx_arena; /* (c) per-domain kva R/W/X arena. */
 113         u_int vmd_domain;               /* (c) Domain number. */
 114         u_int vmd_page_count;           /* (c) Total page count. */
 115         long vmd_segs;                  /* (c) bitmask of the segments */
 116         u_int __aligned(CACHE_LINE_SIZE) vmd_free_count; /* (a,f) free page count */
 117         u_int vmd_pageout_deficit;      /* (a) Estimated number of pages deficit */
 118         uint8_t vmd_pad[CACHE_LINE_SIZE - (sizeof(u_int) * 2)];
 119
 120         /* Paging control variables, used within single threaded page daemon. */
 121         struct pidctrl vmd_pid;         /* Pageout controller. */
 122         boolean_t vmd_oom;
 123         int vmd_oom_seq;
 124         int vmd_last_active_scan;
 125         struct vm_page vmd_markers[PQ_COUNT]; /* (q) markers for queue scans */
 126         struct vm_page vmd_inacthead; /* marker for LRU-defeating insertions */
 127         struct vm_page vmd_clock[2]; /* markers for active queue scan */
 128
 129         int vmd_pageout_wanted;         /* (a, p) pageout daemon wait channel */
 130         int vmd_pageout_pages_needed;   /* (d) page daemon waiting for pages? */
 131         bool vmd_minset;                /* (d) Are we in vm_min_domains? */
 132         bool vmd_severeset;             /* (d) Are we in vm_severe_domains? */
 133         enum {
 134                 VM_LAUNDRY_IDLE = 0,
 135                 VM_LAUNDRY_BACKGROUND,
 136                 VM_LAUNDRY_SHORTFALL
 137         } vmd_laundry_request;
 138
 139         /* Paging thresholds and targets. */
 140         u_int vmd_clean_pages_freed;    /* (q) accumulator for laundry thread */
 141         u_int vmd_background_launder_target; /* (c) */
 142         u_int vmd_free_reserved;        /* (c) pages reserved for deadlock */
 143         u_int vmd_free_target;          /* (c) pages desired free */
 144         u_int vmd_free_min;             /* (c) pages desired free */
 145         u_int vmd_inactive_target;      /* (c) pages desired inactive */
 146         u_int vmd_pageout_free_min;     /* (c) min pages reserved for kernel */
 147         u_int vmd_pageout_wakeup_thresh;/* (c) min pages to wake pagedaemon */
 148         u_int vmd_interrupt_free_min;   /* (c) reserved pages for int code */
 149         u_int vmd_free_severe;          /* (c) severe page depletion point */
 150
 151         /* Name for sysctl etc. */
 152         struct sysctl_oid *vmd_oid;
 153         char vmd_name[sizeof(__XSTRING(MAXMEMDOM))];
 154 } __aligned(CACHE_LINE_SIZE);
 155
 156 extern struct vm_domain vm_dom[MAXMEMDOM];
 157
 158 #define VM_DOMAIN(n)            (&vm_dom[(n)])
 159 #define VM_DOMAIN_EMPTY(n)      (vm_dom[(n)].vmd_page_count == 0)
 160
 161 #define vm_pagequeue_assert_locked(pq)  mtx_assert(&(pq)->pq_mutex, MA_OWNED)
 162 #define vm_pagequeue_lock(pq)           mtx_lock(&(pq)->pq_mutex)
 163 #define vm_pagequeue_lockptr(pq)        (&(pq)->pq_mutex)
 164 #define vm_pagequeue_trylock(pq)        mtx_trylock(&(pq)->pq_mutex)
 165 #define vm_pagequeue_unlock(pq)         mtx_unlock(&(pq)->pq_mutex)
 166
 167 #define vm_domain_free_assert_locked(n)                                 \
 168             mtx_assert(vm_domain_free_lockptr((n)), MA_OWNED)
 169 #define vm_domain_free_assert_unlocked(n)                               \
 170             mtx_assert(vm_domain_free_lockptr((n)), MA_NOTOWNED)
 171 #define vm_domain_free_lock(d)                                          \
 172             mtx_lock(vm_domain_free_lockptr((d)))
 173 #define vm_domain_free_lockptr(d)                                       \
 174             (&(d)->vmd_free_mtx)
 175 #define vm_domain_free_trylock(d)                                       \
 176             mtx_trylock(vm_domain_free_lockptr((d)))
 177 #define vm_domain_free_unlock(d)                                        \
 178             mtx_unlock(vm_domain_free_lockptr((d)))
 179
 180 #define vm_domain_pageout_lockptr(d)                                    \
 181             (&(d)->vmd_pageout_mtx)
 182 #define vm_domain_pageout_assert_locked(n)                              \
 183             mtx_assert(vm_domain_pageout_lockptr((n)), MA_OWNED)
 184 #define vm_domain_pageout_assert_unlocked(n)                            \
 185             mtx_assert(vm_domain_pageout_lockptr((n)), MA_NOTOWNED)
 186 #define vm_domain_pageout_lock(d)                                       \
 187             mtx_lock(vm_domain_pageout_lockptr((d)))
 188 #define vm_domain_pageout_unlock(d)                                     \
 189             mtx_unlock(vm_domain_pageout_lockptr((d)))
 190
 191 static __inline void
 192 vm_pagequeue_cnt_add(struct vm_pagequeue *pq, int addend)
 193 {
 194
 195         vm_pagequeue_assert_locked(pq);
 196         pq->pq_cnt += addend;
 197 }
 198 #define vm_pagequeue_cnt_inc(pq)        vm_pagequeue_cnt_add((pq), 1)
 199 #define vm_pagequeue_cnt_dec(pq)        vm_pagequeue_cnt_add((pq), -1)
 200
 201 static inline void
 202 vm_pagequeue_remove(struct vm_pagequeue *pq, vm_page_t m)
 203 {
 204
 205         TAILQ_REMOVE(&pq->pq_pl, m, plinks.q);
 206         vm_pagequeue_cnt_dec(pq);
 207 }
 208
 209 static inline void
 210 vm_batchqueue_init(struct vm_batchqueue *bq)
 211 {
 212
 213         bq->bq_cnt = 0;
 214 }
 215
 216 static inline bool
 217 vm_batchqueue_insert(struct vm_batchqueue *bq, vm_page_t m)
 218 {
 219
 220         if (bq->bq_cnt < nitems(bq->bq_pa)) {
 221                 bq->bq_pa[bq->bq_cnt++] = m;
 222                 return (true);
 223         }
 224         return (false);
 225 }
 226
 227 static inline vm_page_t
 228 vm_batchqueue_pop(struct vm_batchqueue *bq)
 229 {
 230
 231         if (bq->bq_cnt == 0)
 232                 return (NULL);
 233         return (bq->bq_pa[--bq->bq_cnt]);
 234 }
 235
 236 void vm_domain_set(struct vm_domain *vmd);
 237 void vm_domain_clear(struct vm_domain *vmd);
 238 int vm_domain_allocate(struct vm_domain *vmd, int req, int npages);
 239
 240 /*
 241  *      vm_pagequeue_domain:
 242  *
 243  *      Return the memory domain the page belongs to.
 244  */
 245 static inline struct vm_domain *
 246 vm_pagequeue_domain(vm_page_t m)
 247 {
 248
 249         return (VM_DOMAIN(vm_phys_domain(m)));
 250 }
 251
 252 /*
 253  * Return the number of pages we need to free-up or cache
 254  * A positive number indicates that we do not have enough free pages.
 255  */
 256 static inline int
 257 vm_paging_target(struct vm_domain *vmd)
 258 {
 259
 260         return (vmd->vmd_free_target - vmd->vmd_free_count);
 261 }
 262
 263 /*
 264  * Returns TRUE if the pagedaemon needs to be woken up.
 265  */
 266 static inline int
 267 vm_paging_needed(struct vm_domain *vmd, u_int free_count)
 268 {
 269
 270         return (free_count < vmd->vmd_pageout_wakeup_thresh);
 271 }
 272
 273 /*
 274  * Returns TRUE if the domain is below the min paging target.
 275  */
 276 static inline int
 277 vm_paging_min(struct vm_domain *vmd)
 278 {
 279
 280         return (vmd->vmd_free_min > vmd->vmd_free_count);
 281 }
 282
 283 /*
 284  * Returns TRUE if the domain is below the severe paging target.
 285  */
 286 static inline int
 287 vm_paging_severe(struct vm_domain *vmd)
 288 {
 289
 290         return (vmd->vmd_free_severe > vmd->vmd_free_count);
 291 }
 292
 293 /*
 294  * Return the number of pages we need to launder.
 295  * A positive number indicates that we have a shortfall of clean pages.
 296  */
 297 static inline int
 298 vm_laundry_target(struct vm_domain *vmd)
 299 {
 300
 301         return (vm_paging_target(vmd));
 302 }
 303
 304 void pagedaemon_wakeup(int domain);
 305
 306 static inline void
 307 vm_domain_freecnt_inc(struct vm_domain *vmd, int adj)
 308 {
 309         u_int old, new;
 310
 311         old = atomic_fetchadd_int(&vmd->vmd_free_count, adj);
 312         new = old + adj;
 313         /*
 314          * Only update bitsets on transitions.  Notice we short-circuit the
 315          * rest of the checks if we're above min already.
 316          */
 317         if (old < vmd->vmd_free_min && (new >= vmd->vmd_free_min ||
 318             (old < vmd->vmd_free_severe && new >= vmd->vmd_free_severe) ||
 319             (old < vmd->vmd_pageout_free_min &&
 320             new >= vmd->vmd_pageout_free_min)))
 321                 vm_domain_clear(vmd);
 322 }
 323
 324 #endif  /* _KERNEL */
 325 #endif                          /* !_VM_PAGEQUEUE_ */