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