kernel: res_counter: remove the unused API
[cascardo/linux.git] / Documentation / cgroups / memory.txt
1 Memory Resource Controller
2
3 NOTE: The Memory Resource Controller has generically been referred to as the
4       memory controller in this document. Do not confuse memory controller
5       used here with the memory controller that is used in hardware.
6
7 (For editors)
8 In this document:
9       When we mention a cgroup (cgroupfs's directory) with memory controller,
10       we call it "memory cgroup". When you see git-log and source code, you'll
11       see patch's title and function names tend to use "memcg".
12       In this document, we avoid using it.
13
14 Benefits and Purpose of the memory controller
15
16 The memory controller isolates the memory behaviour of a group of tasks
17 from the rest of the system. The article on LWN [12] mentions some probable
18 uses of the memory controller. The memory controller can be used to
19
20 a. Isolate an application or a group of applications
21    Memory-hungry applications can be isolated and limited to a smaller
22    amount of memory.
23 b. Create a cgroup with a limited amount of memory; this can be used
24    as a good alternative to booting with mem=XXXX.
25 c. Virtualization solutions can control the amount of memory they want
26    to assign to a virtual machine instance.
27 d. A CD/DVD burner could control the amount of memory used by the
28    rest of the system to ensure that burning does not fail due to lack
29    of available memory.
30 e. There are several other use cases; find one or use the controller just
31    for fun (to learn and hack on the VM subsystem).
32
33 Current Status: linux-2.6.34-mmotm(development version of 2010/April)
34
35 Features:
36  - accounting anonymous pages, file caches, swap caches usage and limiting them.
37  - pages are linked to per-memcg LRU exclusively, and there is no global LRU.
38  - optionally, memory+swap usage can be accounted and limited.
39  - hierarchical accounting
40  - soft limit
41  - moving (recharging) account at moving a task is selectable.
42  - usage threshold notifier
43  - memory pressure notifier
44  - oom-killer disable knob and oom-notifier
45  - Root cgroup has no limit controls.
46
47  Kernel memory support is a work in progress, and the current version provides
48  basically functionality. (See Section 2.7)
49
50 Brief summary of control files.
51
52  tasks                           # attach a task(thread) and show list of threads
53  cgroup.procs                    # show list of processes
54  cgroup.event_control            # an interface for event_fd()
55  memory.usage_in_bytes           # show current usage for memory
56                                  (See 5.5 for details)
57  memory.memsw.usage_in_bytes     # show current usage for memory+Swap
58                                  (See 5.5 for details)
59  memory.limit_in_bytes           # set/show limit of memory usage
60  memory.memsw.limit_in_bytes     # set/show limit of memory+Swap usage
61  memory.failcnt                  # show the number of memory usage hits limits
62  memory.memsw.failcnt            # show the number of memory+Swap hits limits
63  memory.max_usage_in_bytes       # show max memory usage recorded
64  memory.memsw.max_usage_in_bytes # show max memory+Swap usage recorded
65  memory.soft_limit_in_bytes      # set/show soft limit of memory usage
66  memory.stat                     # show various statistics
67  memory.use_hierarchy            # set/show hierarchical account enabled
68  memory.force_empty              # trigger forced move charge to parent
69  memory.pressure_level           # set memory pressure notifications
70  memory.swappiness               # set/show swappiness parameter of vmscan
71                                  (See sysctl's vm.swappiness)
72  memory.move_charge_at_immigrate # set/show controls of moving charges
73  memory.oom_control              # set/show oom controls.
74  memory.numa_stat                # show the number of memory usage per numa node
75
76  memory.kmem.limit_in_bytes      # set/show hard limit for kernel memory
77  memory.kmem.usage_in_bytes      # show current kernel memory allocation
78  memory.kmem.failcnt             # show the number of kernel memory usage hits limits
79  memory.kmem.max_usage_in_bytes  # show max kernel memory usage recorded
80
81  memory.kmem.tcp.limit_in_bytes  # set/show hard limit for tcp buf memory
82  memory.kmem.tcp.usage_in_bytes  # show current tcp buf memory allocation
83  memory.kmem.tcp.failcnt            # show the number of tcp buf memory usage hits limits
84  memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes # show max tcp buf memory usage recorded
85
86 1. History
87
88 The memory controller has a long history. A request for comments for the memory
89 controller was posted by Balbir Singh [1]. At the time the RFC was posted
90 there were several implementations for memory control. The goal of the
91 RFC was to build consensus and agreement for the minimal features required
92 for memory control. The first RSS controller was posted by Balbir Singh[2]
93 in Feb 2007. Pavel Emelianov [3][4][5] has since posted three versions of the
94 RSS controller. At OLS, at the resource management BoF, everyone suggested
95 that we handle both page cache and RSS together. Another request was raised
96 to allow user space handling of OOM. The current memory controller is
97 at version 6; it combines both mapped (RSS) and unmapped Page
98 Cache Control [11].
99
100 2. Memory Control
101
102 Memory is a unique resource in the sense that it is present in a limited
103 amount. If a task requires a lot of CPU processing, the task can spread
104 its processing over a period of hours, days, months or years, but with
105 memory, the same physical memory needs to be reused to accomplish the task.
106
107 The memory controller implementation has been divided into phases. These
108 are:
109
110 1. Memory controller
111 2. mlock(2) controller
112 3. Kernel user memory accounting and slab control
113 4. user mappings length controller
114
115 The memory controller is the first controller developed.
116
117 2.1. Design
118
119 The core of the design is a counter called the page_counter. The
120 page_counter tracks the current memory usage and limit of the group of
121 processes associated with the controller. Each cgroup has a memory controller
122 specific data structure (mem_cgroup) associated with it.
123
124 2.2. Accounting
125
126                 +--------------------+
127                 |  mem_cgroup        |
128                 |  (page_counter)    |
129                 +--------------------+
130                  /            ^      \
131                 /             |       \
132            +---------------+  |        +---------------+
133            | mm_struct     |  |....    | mm_struct     |
134            |               |  |        |               |
135            +---------------+  |        +---------------+
136                               |
137                               + --------------+
138                                               |
139            +---------------+           +------+--------+
140            | page          +---------->  page_cgroup|
141            |               |           |               |
142            +---------------+           +---------------+
143
144              (Figure 1: Hierarchy of Accounting)
145
146
147 Figure 1 shows the important aspects of the controller
148
149 1. Accounting happens per cgroup
150 2. Each mm_struct knows about which cgroup it belongs to
151 3. Each page has a pointer to the page_cgroup, which in turn knows the
152    cgroup it belongs to
153
154 The accounting is done as follows: mem_cgroup_charge_common() is invoked to
155 set up the necessary data structures and check if the cgroup that is being
156 charged is over its limit. If it is, then reclaim is invoked on the cgroup.
157 More details can be found in the reclaim section of this document.
158 If everything goes well, a page meta-data-structure called page_cgroup is
159 updated. page_cgroup has its own LRU on cgroup.
160 (*) page_cgroup structure is allocated at boot/memory-hotplug time.
161
162 2.2.1 Accounting details
163
164 All mapped anon pages (RSS) and cache pages (Page Cache) are accounted.
165 Some pages which are never reclaimable and will not be on the LRU
166 are not accounted. We just account pages under usual VM management.
167
168 RSS pages are accounted at page_fault unless they've already been accounted
169 for earlier. A file page will be accounted for as Page Cache when it's
170 inserted into inode (radix-tree). While it's mapped into the page tables of
171 processes, duplicate accounting is carefully avoided.
172
173 An RSS page is unaccounted when it's fully unmapped. A PageCache page is
174 unaccounted when it's removed from radix-tree. Even if RSS pages are fully
175 unmapped (by kswapd), they may exist as SwapCache in the system until they
176 are really freed. Such SwapCaches are also accounted.
177 A swapped-in page is not accounted until it's mapped.
178
179 Note: The kernel does swapin-readahead and reads multiple swaps at once.
180 This means swapped-in pages may contain pages for other tasks than a task
181 causing page fault. So, we avoid accounting at swap-in I/O.
182
183 At page migration, accounting information is kept.
184
185 Note: we just account pages-on-LRU because our purpose is to control amount
186 of used pages; not-on-LRU pages tend to be out-of-control from VM view.
187
188 2.3 Shared Page Accounting
189
190 Shared pages are accounted on the basis of the first touch approach. The
191 cgroup that first touches a page is accounted for the page. The principle
192 behind this approach is that a cgroup that aggressively uses a shared
193 page will eventually get charged for it (once it is uncharged from
194 the cgroup that brought it in -- this will happen on memory pressure).
195
196 But see section 8.2: when moving a task to another cgroup, its pages may
197 be recharged to the new cgroup, if move_charge_at_immigrate has been chosen.
198
199 Exception: If CONFIG_MEMCG_SWAP is not used.
200 When you do swapoff and make swapped-out pages of shmem(tmpfs) to
201 be backed into memory in force, charges for pages are accounted against the
202 caller of swapoff rather than the users of shmem.
203
204 2.4 Swap Extension (CONFIG_MEMCG_SWAP)
205
206 Swap Extension allows you to record charge for swap. A swapped-in page is
207 charged back to original page allocator if possible.
208
209 When swap is accounted, following files are added.
210  - memory.memsw.usage_in_bytes.
211  - memory.memsw.limit_in_bytes.
212
213 memsw means memory+swap. Usage of memory+swap is limited by
214 memsw.limit_in_bytes.
215
216 Example: Assume a system with 4G of swap. A task which allocates 6G of memory
217 (by mistake) under 2G memory limitation will use all swap.
218 In this case, setting memsw.limit_in_bytes=3G will prevent bad use of swap.
219 By using the memsw limit, you can avoid system OOM which can be caused by swap
220 shortage.
221
222 * why 'memory+swap' rather than swap.
223 The global LRU(kswapd) can swap out arbitrary pages. Swap-out means
224 to move account from memory to swap...there is no change in usage of
225 memory+swap. In other words, when we want to limit the usage of swap without
226 affecting global LRU, memory+swap limit is better than just limiting swap from
227 an OS point of view.
228
229 * What happens when a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes
230 When a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes, it's useless to do swap-out
231 in this cgroup. Then, swap-out will not be done by cgroup routine and file
232 caches are dropped. But as mentioned above, global LRU can do swapout memory
233 from it for sanity of the system's memory management state. You can't forbid
234 it by cgroup.
235
236 2.5 Reclaim
237
238 Each cgroup maintains a per cgroup LRU which has the same structure as
239 global VM. When a cgroup goes over its limit, we first try
240 to reclaim memory from the cgroup so as to make space for the new
241 pages that the cgroup has touched. If the reclaim is unsuccessful,
242 an OOM routine is invoked to select and kill the bulkiest task in the
243 cgroup. (See 10. OOM Control below.)
244
245 The reclaim algorithm has not been modified for cgroups, except that
246 pages that are selected for reclaiming come from the per-cgroup LRU
247 list.
248
249 NOTE: Reclaim does not work for the root cgroup, since we cannot set any
250 limits on the root cgroup.
251
252 Note2: When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic.
253
254 When oom event notifier is registered, event will be delivered.
255 (See oom_control section)
256
257 2.6 Locking
258
259    lock_page_cgroup()/unlock_page_cgroup() should not be called under
260    mapping->tree_lock.
261
262    Other lock order is following:
263    PG_locked.
264    mm->page_table_lock
265        zone->lru_lock
266           lock_page_cgroup.
267   In many cases, just lock_page_cgroup() is called.
268   per-zone-per-cgroup LRU (cgroup's private LRU) is just guarded by
269   zone->lru_lock, it has no lock of its own.
270
271 2.7 Kernel Memory Extension (CONFIG_MEMCG_KMEM)
272
273 WARNING: Current implementation lacks reclaim support. That means allocation
274          attempts will fail when close to the limit even if there are plenty of
275          kmem available for reclaim. That makes this option unusable in real
276          life so DO NOT SELECT IT unless for development purposes.
277
278 With the Kernel memory extension, the Memory Controller is able to limit
279 the amount of kernel memory used by the system. Kernel memory is fundamentally
280 different than user memory, since it can't be swapped out, which makes it
281 possible to DoS the system by consuming too much of this precious resource.
282
283 Kernel memory won't be accounted at all until limit on a group is set. This
284 allows for existing setups to continue working without disruption.  The limit
285 cannot be set if the cgroup have children, or if there are already tasks in the
286 cgroup. Attempting to set the limit under those conditions will return -EBUSY.
287 When use_hierarchy == 1 and a group is accounted, its children will
288 automatically be accounted regardless of their limit value.
289
290 After a group is first limited, it will be kept being accounted until it
291 is removed. The memory limitation itself, can of course be removed by writing
292 -1 to memory.kmem.limit_in_bytes. In this case, kmem will be accounted, but not
293 limited.
294
295 Kernel memory limits are not imposed for the root cgroup. Usage for the root
296 cgroup may or may not be accounted. The memory used is accumulated into
297 memory.kmem.usage_in_bytes, or in a separate counter when it makes sense.
298 (currently only for tcp).
299 The main "kmem" counter is fed into the main counter, so kmem charges will
300 also be visible from the user counter.
301
302 Currently no soft limit is implemented for kernel memory. It is future work
303 to trigger slab reclaim when those limits are reached.
304
305 2.7.1 Current Kernel Memory resources accounted
306
307 * stack pages: every process consumes some stack pages. By accounting into
308 kernel memory, we prevent new processes from being created when the kernel
309 memory usage is too high.
310
311 * slab pages: pages allocated by the SLAB or SLUB allocator are tracked. A copy
312 of each kmem_cache is created every time the cache is touched by the first time
313 from inside the memcg. The creation is done lazily, so some objects can still be
314 skipped while the cache is being created. All objects in a slab page should
315 belong to the same memcg. This only fails to hold when a task is migrated to a
316 different memcg during the page allocation by the cache.
317
318 * sockets memory pressure: some sockets protocols have memory pressure
319 thresholds. The Memory Controller allows them to be controlled individually
320 per cgroup, instead of globally.
321
322 * tcp memory pressure: sockets memory pressure for the tcp protocol.
323
324 2.7.3 Common use cases
325
326 Because the "kmem" counter is fed to the main user counter, kernel memory can
327 never be limited completely independently of user memory. Say "U" is the user
328 limit, and "K" the kernel limit. There are three possible ways limits can be
329 set:
330
331     U != 0, K = unlimited:
332     This is the standard memcg limitation mechanism already present before kmem
333     accounting. Kernel memory is completely ignored.
334
335     U != 0, K < U:
336     Kernel memory is a subset of the user memory. This setup is useful in
337     deployments where the total amount of memory per-cgroup is overcommited.
338     Overcommiting kernel memory limits is definitely not recommended, since the
339     box can still run out of non-reclaimable memory.
340     In this case, the admin could set up K so that the sum of all groups is
341     never greater than the total memory, and freely set U at the cost of his
342     QoS.
343
344     U != 0, K >= U:
345     Since kmem charges will also be fed to the user counter and reclaim will be
346     triggered for the cgroup for both kinds of memory. This setup gives the
347     admin a unified view of memory, and it is also useful for people who just
348     want to track kernel memory usage.
349
350 3. User Interface
351
352 0. Configuration
353
354 a. Enable CONFIG_CGROUPS
355 b. Enable CONFIG_MEMCG
356 c. Enable CONFIG_MEMCG_SWAP (to use swap extension)
357 d. Enable CONFIG_MEMCG_KMEM (to use kmem extension)
358
359 1. Prepare the cgroups (see cgroups.txt, Why are cgroups needed?)
360 # mount -t tmpfs none /sys/fs/cgroup
361 # mkdir /sys/fs/cgroup/memory
362 # mount -t cgroup none /sys/fs/cgroup/memory -o memory
363
364 2. Make the new group and move bash into it
365 # mkdir /sys/fs/cgroup/memory/0
366 # echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/0/tasks
367
368 Since now we're in the 0 cgroup, we can alter the memory limit:
369 # echo 4M > /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
370
371 NOTE: We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
372 mega or gigabytes. (Here, Kilo, Mega, Giga are Kibibytes, Mebibytes, Gibibytes.)
373
374 NOTE: We can write "-1" to reset the *.limit_in_bytes(unlimited).
375 NOTE: We cannot set limits on the root cgroup any more.
376
377 # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
378 4194304
379
380 We can check the usage:
381 # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.usage_in_bytes
382 1216512
383
384 A successful write to this file does not guarantee a successful setting of
385 this limit to the value written into the file. This can be due to a
386 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
387 availability of memory on the system. The user is required to re-read
388 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel.
389
390 # echo 1 > memory.limit_in_bytes
391 # cat memory.limit_in_bytes
392 4096
393
394 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
395 exceeded.
396
397 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
398 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
399
400 4. Testing
401
402 For testing features and implementation, see memcg_test.txt.
403
404 Performance test is also important. To see pure memory controller's overhead,
405 testing on tmpfs will give you good numbers of small overheads.
406 Example: do kernel make on tmpfs.
407
408 Page-fault scalability is also important. At measuring parallel
409 page fault test, multi-process test may be better than multi-thread
410 test because it has noise of shared objects/status.
411
412 But the above two are testing extreme situations.
413 Trying usual test under memory controller is always helpful.
414
415 4.1 Troubleshooting
416
417 Sometimes a user might find that the application under a cgroup is
418 terminated by the OOM killer. There are several causes for this:
419
420 1. The cgroup limit is too low (just too low to do anything useful)
421 2. The user is using anonymous memory and swap is turned off or too low
422
423 A sync followed by echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches will help get rid of
424 some of the pages cached in the cgroup (page cache pages).
425
426 To know what happens, disabling OOM_Kill as per "10. OOM Control" (below) and
427 seeing what happens will be helpful.
428
429 4.2 Task migration
430
431 When a task migrates from one cgroup to another, its charge is not
432 carried forward by default. The pages allocated from the original cgroup still
433 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
434 reclaimed.
435
436 You can move charges of a task along with task migration.
437 See 8. "Move charges at task migration"
438
439 4.3 Removing a cgroup
440
441 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in sections 4.1 and 4.2, a
442 cgroup might have some charge associated with it, even though all
443 tasks have migrated away from it. (because we charge against pages, not
444 against tasks.)
445
446 We move the stats to root (if use_hierarchy==0) or parent (if
447 use_hierarchy==1), and no change on the charge except uncharging
448 from the child.
449
450 Charges recorded in swap information is not updated at removal of cgroup.
451 Recorded information is discarded and a cgroup which uses swap (swapcache)
452 will be charged as a new owner of it.
453
454 About use_hierarchy, see Section 6.
455
456 5. Misc. interfaces.
457
458 5.1 force_empty
459   memory.force_empty interface is provided to make cgroup's memory usage empty.
460   When writing anything to this
461
462   # echo 0 > memory.force_empty
463
464   the cgroup will be reclaimed and as many pages reclaimed as possible.
465
466   The typical use case for this interface is before calling rmdir().
467   Because rmdir() moves all pages to parent, some out-of-use page caches can be
468   moved to the parent. If you want to avoid that, force_empty will be useful.
469
470   Also, note that when memory.kmem.limit_in_bytes is set the charges due to
471   kernel pages will still be seen. This is not considered a failure and the
472   write will still return success. In this case, it is expected that
473   memory.kmem.usage_in_bytes == memory.usage_in_bytes.
474
475   About use_hierarchy, see Section 6.
476
477 5.2 stat file
478
479 memory.stat file includes following statistics
480
481 # per-memory cgroup local status
482 cache           - # of bytes of page cache memory.
483 rss             - # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes
484                 transparent hugepages).
485 rss_huge        - # of bytes of anonymous transparent hugepages.
486 mapped_file     - # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
487 pgpgin          - # of charging events to the memory cgroup. The charging
488                 event happens each time a page is accounted as either mapped
489                 anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
490 pgpgout         - # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging
491                 event happens each time a page is unaccounted from the cgroup.
492 swap            - # of bytes of swap usage
493 writeback       - # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to
494                 disk.
495 inactive_anon   - # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive
496                 LRU list.
497 active_anon     - # of bytes of anonymous and swap cache memory on active
498                 LRU list.
499 inactive_file   - # of bytes of file-backed memory on inactive LRU list.
500 active_file     - # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
501 unevictable     - # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).
502
503 # status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings)
504
505 hierarchical_memory_limit - # of bytes of memory limit with regard to hierarchy
506                         under which the memory cgroup is
507 hierarchical_memsw_limit - # of bytes of memory+swap limit with regard to
508                         hierarchy under which memory cgroup is.
509
510 total_<counter>         - # hierarchical version of <counter>, which in
511                         addition to the cgroup's own value includes the
512                         sum of all hierarchical children's values of
513                         <counter>, i.e. total_cache
514
515 # The following additional stats are dependent on CONFIG_DEBUG_VM.
516
517 recent_rotated_anon     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
518 recent_rotated_file     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
519 recent_scanned_anon     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
520 recent_scanned_file     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
521
522 Memo:
523         recent_rotated means recent frequency of LRU rotation.
524         recent_scanned means recent # of scans to LRU.
525         showing for better debug please see the code for meanings.
526
527 Note:
528         Only anonymous and swap cache memory is listed as part of 'rss' stat.
529         This should not be confused with the true 'resident set size' or the
530         amount of physical memory used by the cgroup.
531         'rss + file_mapped" will give you resident set size of cgroup.
532         (Note: file and shmem may be shared among other cgroups. In that case,
533          file_mapped is accounted only when the memory cgroup is owner of page
534          cache.)
535
536 5.3 swappiness
537
538 Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable
539 in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
540
541 Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim
542 enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if
543 there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer
544 if there are no file pages to reclaim.
545
546 5.4 failcnt
547
548 A memory cgroup provides memory.failcnt and memory.memsw.failcnt files.
549 This failcnt(== failure count) shows the number of times that a usage counter
550 hit its limit. When a memory cgroup hits a limit, failcnt increases and
551 memory under it will be reclaimed.
552
553 You can reset failcnt by writing 0 to failcnt file.
554 # echo 0 > .../memory.failcnt
555
556 5.5 usage_in_bytes
557
558 For efficiency, as other kernel components, memory cgroup uses some optimization
559 to avoid unnecessary cacheline false sharing. usage_in_bytes is affected by the
560 method and doesn't show 'exact' value of memory (and swap) usage, it's a fuzz
561 value for efficient access. (Of course, when necessary, it's synchronized.)
562 If you want to know more exact memory usage, you should use RSS+CACHE(+SWAP)
563 value in memory.stat(see 5.2).
564
565 5.6 numa_stat
566
567 This is similar to numa_maps but operates on a per-memcg basis.  This is
568 useful for providing visibility into the numa locality information within
569 an memcg since the pages are allowed to be allocated from any physical
570 node.  One of the use cases is evaluating application performance by
571 combining this information with the application's CPU allocation.
572
573 Each memcg's numa_stat file includes "total", "file", "anon" and "unevictable"
574 per-node page counts including "hierarchical_<counter>" which sums up all
575 hierarchical children's values in addition to the memcg's own value.
576
577 The output format of memory.numa_stat is:
578
579 total=<total pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
580 file=<total file pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
581 anon=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
582 unevictable=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
583 hierarchical_<counter>=<counter pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
584
585 The "total" count is sum of file + anon + unevictable.
586
587 6. Hierarchy support
588
589 The memory controller supports a deep hierarchy and hierarchical accounting.
590 The hierarchy is created by creating the appropriate cgroups in the
591 cgroup filesystem. Consider for example, the following cgroup filesystem
592 hierarchy
593
594                root
595              /  |   \
596             /   |    \
597            a    b     c
598                       | \
599                       |  \
600                       d   e
601
602 In the diagram above, with hierarchical accounting enabled, all memory
603 usage of e, is accounted to its ancestors up until the root (i.e, c and root),
604 that has memory.use_hierarchy enabled. If one of the ancestors goes over its
605 limit, the reclaim algorithm reclaims from the tasks in the ancestor and the
606 children of the ancestor.
607
608 6.1 Enabling hierarchical accounting and reclaim
609
610 A memory cgroup by default disables the hierarchy feature. Support
611 can be enabled by writing 1 to memory.use_hierarchy file of the root cgroup
612
613 # echo 1 > memory.use_hierarchy
614
615 The feature can be disabled by
616
617 # echo 0 > memory.use_hierarchy
618
619 NOTE1: Enabling/disabling will fail if either the cgroup already has other
620        cgroups created below it, or if the parent cgroup has use_hierarchy
621        enabled.
622
623 NOTE2: When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic in
624        case of an OOM event in any cgroup.
625
626 7. Soft limits
627
628 Soft limits allow for greater sharing of memory. The idea behind soft limits
629 is to allow control groups to use as much of the memory as needed, provided
630
631 a. There is no memory contention
632 b. They do not exceed their hard limit
633
634 When the system detects memory contention or low memory, control groups
635 are pushed back to their soft limits. If the soft limit of each control
636 group is very high, they are pushed back as much as possible to make
637 sure that one control group does not starve the others of memory.
638
639 Please note that soft limits is a best-effort feature; it comes with
640 no guarantees, but it does its best to make sure that when memory is
641 heavily contended for, memory is allocated based on the soft limit
642 hints/setup. Currently soft limit based reclaim is set up such that
643 it gets invoked from balance_pgdat (kswapd).
644
645 7.1 Interface
646
647 Soft limits can be setup by using the following commands (in this example we
648 assume a soft limit of 256 MiB)
649
650 # echo 256M > memory.soft_limit_in_bytes
651
652 If we want to change this to 1G, we can at any time use
653
654 # echo 1G > memory.soft_limit_in_bytes
655
656 NOTE1: Soft limits take effect over a long period of time, since they involve
657        reclaiming memory for balancing between memory cgroups
658 NOTE2: It is recommended to set the soft limit always below the hard limit,
659        otherwise the hard limit will take precedence.
660
661 8. Move charges at task migration
662
663 Users can move charges associated with a task along with task migration, that
664 is, uncharge task's pages from the old cgroup and charge them to the new cgroup.
665 This feature is not supported in !CONFIG_MMU environments because of lack of
666 page tables.
667
668 8.1 Interface
669
670 This feature is disabled by default. It can be enabled (and disabled again) by
671 writing to memory.move_charge_at_immigrate of the destination cgroup.
672
673 If you want to enable it:
674
675 # echo (some positive value) > memory.move_charge_at_immigrate
676
677 Note: Each bits of move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type
678       of charges should be moved. See 8.2 for details.
679 Note: Charges are moved only when you move mm->owner, in other words,
680       a leader of a thread group.
681 Note: If we cannot find enough space for the task in the destination cgroup, we
682       try to make space by reclaiming memory. Task migration may fail if we
683       cannot make enough space.
684 Note: It can take several seconds if you move charges much.
685
686 And if you want disable it again:
687
688 # echo 0 > memory.move_charge_at_immigrate
689
690 8.2 Type of charges which can be moved
691
692 Each bit in move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type of
693 charges should be moved. But in any case, it must be noted that an account of
694 a page or a swap can be moved only when it is charged to the task's current
695 (old) memory cgroup.
696
697   bit | what type of charges would be moved ?
698  -----+------------------------------------------------------------------------
699    0  | A charge of an anonymous page (or swap of it) used by the target task.
700       | You must enable Swap Extension (see 2.4) to enable move of swap charges.
701  -----+------------------------------------------------------------------------
702    1  | A charge of file pages (normal file, tmpfs file (e.g. ipc shared memory)
703       | and swaps of tmpfs file) mmapped by the target task. Unlike the case of
704       | anonymous pages, file pages (and swaps) in the range mmapped by the task
705       | will be moved even if the task hasn't done page fault, i.e. they might
706       | not be the task's "RSS", but other task's "RSS" that maps the same file.
707       | And mapcount of the page is ignored (the page can be moved even if
708       | page_mapcount(page) > 1). You must enable Swap Extension (see 2.4) to
709       | enable move of swap charges.
710
711 8.3 TODO
712
713 - All of moving charge operations are done under cgroup_mutex. It's not good
714   behavior to hold the mutex too long, so we may need some trick.
715
716 9. Memory thresholds
717
718 Memory cgroup implements memory thresholds using the cgroups notification
719 API (see cgroups.txt). It allows to register multiple memory and memsw
720 thresholds and gets notifications when it crosses.
721
722 To register a threshold, an application must:
723 - create an eventfd using eventfd(2);
724 - open memory.usage_in_bytes or memory.memsw.usage_in_bytes;
725 - write string like "<event_fd> <fd of memory.usage_in_bytes> <threshold>" to
726   cgroup.event_control.
727
728 Application will be notified through eventfd when memory usage crosses
729 threshold in any direction.
730
731 It's applicable for root and non-root cgroup.
732
733 10. OOM Control
734
735 memory.oom_control file is for OOM notification and other controls.
736
737 Memory cgroup implements OOM notifier using the cgroup notification
738 API (See cgroups.txt). It allows to register multiple OOM notification
739 delivery and gets notification when OOM happens.
740
741 To register a notifier, an application must:
742  - create an eventfd using eventfd(2)
743  - open memory.oom_control file
744  - write string like "<event_fd> <fd of memory.oom_control>" to
745    cgroup.event_control
746
747 The application will be notified through eventfd when OOM happens.
748 OOM notification doesn't work for the root cgroup.
749
750 You can disable the OOM-killer by writing "1" to memory.oom_control file, as:
751
752         #echo 1 > memory.oom_control
753
754 If OOM-killer is disabled, tasks under cgroup will hang/sleep
755 in memory cgroup's OOM-waitqueue when they request accountable memory.
756
757 For running them, you have to relax the memory cgroup's OOM status by
758         * enlarge limit or reduce usage.
759 To reduce usage,
760         * kill some tasks.
761         * move some tasks to other group with account migration.
762         * remove some files (on tmpfs?)
763
764 Then, stopped tasks will work again.
765
766 At reading, current status of OOM is shown.
767         oom_kill_disable 0 or 1 (if 1, oom-killer is disabled)
768         under_oom        0 or 1 (if 1, the memory cgroup is under OOM, tasks may
769                                  be stopped.)
770
771 11. Memory Pressure
772
773 The pressure level notifications can be used to monitor the memory
774 allocation cost; based on the pressure, applications can implement
775 different strategies of managing their memory resources. The pressure
776 levels are defined as following:
777
778 The "low" level means that the system is reclaiming memory for new
779 allocations. Monitoring this reclaiming activity might be useful for
780 maintaining cache level. Upon notification, the program (typically
781 "Activity Manager") might analyze vmstat and act in advance (i.e.
782 prematurely shutdown unimportant services).
783
784 The "medium" level means that the system is experiencing medium memory
785 pressure, the system might be making swap, paging out active file caches,
786 etc. Upon this event applications may decide to further analyze
787 vmstat/zoneinfo/memcg or internal memory usage statistics and free any
788 resources that can be easily reconstructed or re-read from a disk.
789
790 The "critical" level means that the system is actively thrashing, it is
791 about to out of memory (OOM) or even the in-kernel OOM killer is on its
792 way to trigger. Applications should do whatever they can to help the
793 system. It might be too late to consult with vmstat or any other
794 statistics, so it's advisable to take an immediate action.
795
796 The events are propagated upward until the event is handled, i.e. the
797 events are not pass-through. Here is what this means: for example you have
798 three cgroups: A->B->C. Now you set up an event listener on cgroups A, B
799 and C, and suppose group C experiences some pressure. In this situation,
800 only group C will receive the notification, i.e. groups A and B will not
801 receive it. This is done to avoid excessive "broadcasting" of messages,
802 which disturbs the system and which is especially bad if we are low on
803 memory or thrashing. So, organize the cgroups wisely, or propagate the
804 events manually (or, ask us to implement the pass-through events,
805 explaining why would you need them.)
806
807 The file memory.pressure_level is only used to setup an eventfd. To
808 register a notification, an application must:
809
810 - create an eventfd using eventfd(2);
811 - open memory.pressure_level;
812 - write string like "<event_fd> <fd of memory.pressure_level> <level>"
813   to cgroup.event_control.
814
815 Application will be notified through eventfd when memory pressure is at
816 the specific level (or higher). Read/write operations to
817 memory.pressure_level are no implemented.
818
819 Test:
820
821    Here is a small script example that makes a new cgroup, sets up a
822    memory limit, sets up a notification in the cgroup and then makes child
823    cgroup experience a critical pressure:
824
825    # cd /sys/fs/cgroup/memory/
826    # mkdir foo
827    # cd foo
828    # cgroup_event_listener memory.pressure_level low &
829    # echo 8000000 > memory.limit_in_bytes
830    # echo 8000000 > memory.memsw.limit_in_bytes
831    # echo $$ > tasks
832    # dd if=/dev/zero | read x
833
834    (Expect a bunch of notifications, and eventually, the oom-killer will
835    trigger.)
836
837 12. TODO
838
839 1. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
840 2. Teach controller to account for shared-pages
841 3. Start reclamation in the background when the limit is
842    not yet hit but the usage is getting closer
843
844 Summary
845
846 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
847 commented and discussed quite extensively in the community.
848
849 References
850
851 1. Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
852 2. Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
853    http://lwn.net/Articles/222762/
854 3. Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
855    http://lkml.org/lkml/2007/3/6/198
856 4. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
857    http://lkml.org/lkml/2007/4/9/78
858 5. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
859    http://lkml.org/lkml/2007/5/30/244
860 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
861 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
862    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
863 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
864    http://lkml.org/lkml/2007/5/17/232
865 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
866    http://lkml.org/lkml/2007/5/18/1
867 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
868     http://lkml.org/lkml/2007/8/19/36
869 11. Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
870     http://lkml.org/lkml/2007/8/17/69
871 12. Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
872     http://lwn.net/Articles/243795/