memcg: move all acccounting to parent at rmdir()
[linux-2.6/verdex.git] / Documentation / controllers / memory.txt
blob58f32c166facdf2e8d96a4c1a81d2ae018f23d3d
1 Memory Resource Controller
3 NOTE: The Memory Resource Controller has been generically been referred
4 to as the memory controller in this document. Do not confuse memory controller
5 used here with the memory controller that is used in hardware.
7 Salient features
9 a. Enable control of both RSS (mapped) and Page Cache (unmapped) pages
10 b. The infrastructure allows easy addition of other types of memory to control
11 c. Provides *zero overhead* for non memory controller users
12 d. Provides a double LRU: global memory pressure causes reclaim from the
13    global LRU; a cgroup on hitting a limit, reclaims from the per
14    cgroup LRU
16 NOTE: Swap Cache (unmapped) is not accounted now.
18 Benefits and Purpose of the memory controller
20 The memory controller isolates the memory behaviour of a group of tasks
21 from the rest of the system. The article on LWN [12] mentions some probable
22 uses of the memory controller. The memory controller can be used to
24 a. Isolate an application or a group of applications
25    Memory hungry applications can be isolated and limited to a smaller
26    amount of memory.
27 b. Create a cgroup with limited amount of memory, this can be used
28    as a good alternative to booting with mem=XXXX.
29 c. Virtualization solutions can control the amount of memory they want
30    to assign to a virtual machine instance.
31 d. A CD/DVD burner could control the amount of memory used by the
32    rest of the system to ensure that burning does not fail due to lack
33    of available memory.
34 e. There are several other use cases, find one or use the controller just
35    for fun (to learn and hack on the VM subsystem).
37 1. History
39 The memory controller has a long history. A request for comments for the memory
40 controller was posted by Balbir Singh [1]. At the time the RFC was posted
41 there were several implementations for memory control. The goal of the
42 RFC was to build consensus and agreement for the minimal features required
43 for memory control. The first RSS controller was posted by Balbir Singh[2]
44 in Feb 2007. Pavel Emelianov [3][4][5] has since posted three versions of the
45 RSS controller. At OLS, at the resource management BoF, everyone suggested
46 that we handle both page cache and RSS together. Another request was raised
47 to allow user space handling of OOM. The current memory controller is
48 at version 6; it combines both mapped (RSS) and unmapped Page
49 Cache Control [11].
51 2. Memory Control
53 Memory is a unique resource in the sense that it is present in a limited
54 amount. If a task requires a lot of CPU processing, the task can spread
55 its processing over a period of hours, days, months or years, but with
56 memory, the same physical memory needs to be reused to accomplish the task.
58 The memory controller implementation has been divided into phases. These
59 are:
61 1. Memory controller
62 2. mlock(2) controller
63 3. Kernel user memory accounting and slab control
64 4. user mappings length controller
66 The memory controller is the first controller developed.
68 2.1. Design
70 The core of the design is a counter called the res_counter. The res_counter
71 tracks the current memory usage and limit of the group of processes associated
72 with the controller. Each cgroup has a memory controller specific data
73 structure (mem_cgroup) associated with it.
75 2.2. Accounting
77                 +--------------------+
78                 |  mem_cgroup     |
79                 |  (res_counter)     |
80                 +--------------------+
81                  /            ^      \
82                 /             |       \
83            +---------------+  |        +---------------+
84            | mm_struct     |  |....    | mm_struct     |
85            |               |  |        |               |
86            +---------------+  |        +---------------+
87                               |
88                               + --------------+
89                                               |
90            +---------------+           +------+--------+
91            | page          +---------->  page_cgroup|
92            |               |           |               |
93            +---------------+           +---------------+
95              (Figure 1: Hierarchy of Accounting)
98 Figure 1 shows the important aspects of the controller
100 1. Accounting happens per cgroup
101 2. Each mm_struct knows about which cgroup it belongs to
102 3. Each page has a pointer to the page_cgroup, which in turn knows the
103    cgroup it belongs to
105 The accounting is done as follows: mem_cgroup_charge() is invoked to setup
106 the necessary data structures and check if the cgroup that is being charged
107 is over its limit. If it is then reclaim is invoked on the cgroup.
108 More details can be found in the reclaim section of this document.
109 If everything goes well, a page meta-data-structure called page_cgroup is
110 allocated and associated with the page.  This routine also adds the page to
111 the per cgroup LRU.
113 2.2.1 Accounting details
115 All mapped anon pages (RSS) and cache pages (Page Cache) are accounted.
116 (some pages which never be reclaimable and will not be on global LRU
117  are not accounted. we just accounts pages under usual vm management.)
119 RSS pages are accounted at page_fault unless they've already been accounted
120 for earlier. A file page will be accounted for as Page Cache when it's
121 inserted into inode (radix-tree). While it's mapped into the page tables of
122 processes, duplicate accounting is carefully avoided.
124 A RSS page is unaccounted when it's fully unmapped. A PageCache page is
125 unaccounted when it's removed from radix-tree.
127 At page migration, accounting information is kept.
129 Note: we just account pages-on-lru because our purpose is to control amount
130 of used pages. not-on-lru pages are tend to be out-of-control from vm view.
132 2.3 Shared Page Accounting
134 Shared pages are accounted on the basis of the first touch approach. The
135 cgroup that first touches a page is accounted for the page. The principle
136 behind this approach is that a cgroup that aggressively uses a shared
137 page will eventually get charged for it (once it is uncharged from
138 the cgroup that brought it in -- this will happen on memory pressure).
140 2.4 Reclaim
142 Each cgroup maintains a per cgroup LRU that consists of an active
143 and inactive list. When a cgroup goes over its limit, we first try
144 to reclaim memory from the cgroup so as to make space for the new
145 pages that the cgroup has touched. If the reclaim is unsuccessful,
146 an OOM routine is invoked to select and kill the bulkiest task in the
147 cgroup.
149 The reclaim algorithm has not been modified for cgroups, except that
150 pages that are selected for reclaiming come from the per cgroup LRU
151 list.
153 2. Locking
155 The memory controller uses the following hierarchy
157 1. zone->lru_lock is used for selecting pages to be isolated
158 2. mem->per_zone->lru_lock protects the per cgroup LRU (per zone)
159 3. lock_page_cgroup() is used to protect page->page_cgroup
161 3. User Interface
163 0. Configuration
165 a. Enable CONFIG_CGROUPS
166 b. Enable CONFIG_RESOURCE_COUNTERS
167 c. Enable CONFIG_CGROUP_MEM_RES_CTLR
169 1. Prepare the cgroups
170 # mkdir -p /cgroups
171 # mount -t cgroup none /cgroups -o memory
173 2. Make the new group and move bash into it
174 # mkdir /cgroups/0
175 # echo $$ >  /cgroups/0/tasks
177 Since now we're in the 0 cgroup,
178 We can alter the memory limit:
179 # echo 4M > /cgroups/0/memory.limit_in_bytes
181 NOTE: We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
182 mega or gigabytes.
184 # cat /cgroups/0/memory.limit_in_bytes
185 4194304
187 NOTE: The interface has now changed to display the usage in bytes
188 instead of pages
190 We can check the usage:
191 # cat /cgroups/0/memory.usage_in_bytes
192 1216512
194 A successful write to this file does not guarantee a successful set of
195 this limit to the value written into the file.  This can be due to a
196 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
197 availability of memory on the system.  The user is required to re-read
198 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel.
200 # echo 1 > memory.limit_in_bytes
201 # cat memory.limit_in_bytes
202 4096
204 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
205 exceeded.
207 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
208 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
210 4. Testing
212 Balbir posted lmbench, AIM9, LTP and vmmstress results [10] and [11].
213 Apart from that v6 has been tested with several applications and regular
214 daily use. The controller has also been tested on the PPC64, x86_64 and
215 UML platforms.
217 4.1 Troubleshooting
219 Sometimes a user might find that the application under a cgroup is
220 terminated. There are several causes for this:
222 1. The cgroup limit is too low (just too low to do anything useful)
223 2. The user is using anonymous memory and swap is turned off or too low
225 A sync followed by echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches will help get rid of
226 some of the pages cached in the cgroup (page cache pages).
228 4.2 Task migration
230 When a task migrates from one cgroup to another, it's charge is not
231 carried forward. The pages allocated from the original cgroup still
232 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
233 reclaimed.
235 4.3 Removing a cgroup
237 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in sections 4.1 and 4.2, a
238 cgroup might have some charge associated with it, even though all
239 tasks have migrated away from it.
240 Such charges are moved to its parent as much as possible and freed if parent
241 is full. Both of RSS and CACHES are moved to parent.
242 If both of them are busy, rmdir() returns -EBUSY.
244 5. TODO
246 1. Add support for accounting huge pages (as a separate controller)
247 2. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
248 3. Teach controller to account for shared-pages
249 4. Start reclamation in the background when the limit is
250    not yet hit but the usage is getting closer
252 Summary
254 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
255 commented and discussed quite extensively in the community.
257 References
259 1. Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
260 2. Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
261    http://lwn.net/Articles/222762/
262 3. Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
263    http://lkml.org/lkml/2007/3/6/198
264 4. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
265    http://lkml.org/lkml/2007/4/9/78
266 5. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
267    http://lkml.org/lkml/2007/5/30/244
268 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
269 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
270    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
271 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
272    http://lkml.org/lkml/2007/5/17/232
273 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
274    http://lkml.org/lkml/2007/5/18/1
275 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
276     http://lkml.org/lkml/2007/8/19/36
277 11. Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
278     http://lkml.org/lkml/2007/8/17/69
279 12. Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
280     http://lwn.net/Articles/243795/