WIP FPC-III support
[linux/fpc-iii.git] / Documentation / admin-guide / cgroup-v1 / memory.rst
blob52688ae3446137d0ea4704971b4eb32f6e134214
1 ==========================
2 Memory Resource Controller
3 ==========================
5 NOTE:
6       This document is hopelessly outdated and it asks for a complete
7       rewrite. It still contains a useful information so we are keeping it
8       here but make sure to check the current code if you need a deeper
9       understanding.
11 NOTE:
12       The Memory Resource Controller has generically been referred to as the
13       memory controller in this document. Do not confuse memory controller
14       used here with the memory controller that is used in hardware.
16 (For editors) In this document:
17       When we mention a cgroup (cgroupfs's directory) with memory controller,
18       we call it "memory cgroup". When you see git-log and source code, you'll
19       see patch's title and function names tend to use "memcg".
20       In this document, we avoid using it.
22 Benefits and Purpose of the memory controller
23 =============================================
25 The memory controller isolates the memory behaviour of a group of tasks
26 from the rest of the system. The article on LWN [12] mentions some probable
27 uses of the memory controller. The memory controller can be used to
29 a. Isolate an application or a group of applications
30    Memory-hungry applications can be isolated and limited to a smaller
31    amount of memory.
32 b. Create a cgroup with a limited amount of memory; this can be used
33    as a good alternative to booting with mem=XXXX.
34 c. Virtualization solutions can control the amount of memory they want
35    to assign to a virtual machine instance.
36 d. A CD/DVD burner could control the amount of memory used by the
37    rest of the system to ensure that burning does not fail due to lack
38    of available memory.
39 e. There are several other use cases; find one or use the controller just
40    for fun (to learn and hack on the VM subsystem).
42 Current Status: linux-2.6.34-mmotm(development version of 2010/April)
44 Features:
46  - accounting anonymous pages, file caches, swap caches usage and limiting them.
47  - pages are linked to per-memcg LRU exclusively, and there is no global LRU.
48  - optionally, memory+swap usage can be accounted and limited.
49  - hierarchical accounting
50  - soft limit
51  - moving (recharging) account at moving a task is selectable.
52  - usage threshold notifier
53  - memory pressure notifier
54  - oom-killer disable knob and oom-notifier
55  - Root cgroup has no limit controls.
57  Kernel memory support is a work in progress, and the current version provides
58  basically functionality. (See Section 2.7)
60 Brief summary of control files.
62 ==================================== ==========================================
63  tasks                               attach a task(thread) and show list of
64                                      threads
65  cgroup.procs                        show list of processes
66  cgroup.event_control                an interface for event_fd()
67  memory.usage_in_bytes               show current usage for memory
68                                      (See 5.5 for details)
69  memory.memsw.usage_in_bytes         show current usage for memory+Swap
70                                      (See 5.5 for details)
71  memory.limit_in_bytes               set/show limit of memory usage
72  memory.memsw.limit_in_bytes         set/show limit of memory+Swap usage
73  memory.failcnt                      show the number of memory usage hits limits
74  memory.memsw.failcnt                show the number of memory+Swap hits limits
75  memory.max_usage_in_bytes           show max memory usage recorded
76  memory.memsw.max_usage_in_bytes     show max memory+Swap usage recorded
77  memory.soft_limit_in_bytes          set/show soft limit of memory usage
78  memory.stat                         show various statistics
79  memory.use_hierarchy                set/show hierarchical account enabled
80                                      This knob is deprecated and shouldn't be
81                                      used.
82  memory.force_empty                  trigger forced page reclaim
83  memory.pressure_level               set memory pressure notifications
84  memory.swappiness                   set/show swappiness parameter of vmscan
85                                      (See sysctl's vm.swappiness)
86  memory.move_charge_at_immigrate     set/show controls of moving charges
87  memory.oom_control                  set/show oom controls.
88  memory.numa_stat                    show the number of memory usage per numa
89                                      node
90  memory.kmem.limit_in_bytes          set/show hard limit for kernel memory
91                                      This knob is deprecated and shouldn't be
92                                      used. It is planned that this be removed in
93                                      the foreseeable future.
94  memory.kmem.usage_in_bytes          show current kernel memory allocation
95  memory.kmem.failcnt                 show the number of kernel memory usage
96                                      hits limits
97  memory.kmem.max_usage_in_bytes      show max kernel memory usage recorded
99  memory.kmem.tcp.limit_in_bytes      set/show hard limit for tcp buf memory
100  memory.kmem.tcp.usage_in_bytes      show current tcp buf memory allocation
101  memory.kmem.tcp.failcnt             show the number of tcp buf memory usage
102                                      hits limits
103  memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes  show max tcp buf memory usage recorded
104 ==================================== ==========================================
106 1. History
107 ==========
109 The memory controller has a long history. A request for comments for the memory
110 controller was posted by Balbir Singh [1]. At the time the RFC was posted
111 there were several implementations for memory control. The goal of the
112 RFC was to build consensus and agreement for the minimal features required
113 for memory control. The first RSS controller was posted by Balbir Singh[2]
114 in Feb 2007. Pavel Emelianov [3][4][5] has since posted three versions of the
115 RSS controller. At OLS, at the resource management BoF, everyone suggested
116 that we handle both page cache and RSS together. Another request was raised
117 to allow user space handling of OOM. The current memory controller is
118 at version 6; it combines both mapped (RSS) and unmapped Page
119 Cache Control [11].
121 2. Memory Control
122 =================
124 Memory is a unique resource in the sense that it is present in a limited
125 amount. If a task requires a lot of CPU processing, the task can spread
126 its processing over a period of hours, days, months or years, but with
127 memory, the same physical memory needs to be reused to accomplish the task.
129 The memory controller implementation has been divided into phases. These
130 are:
132 1. Memory controller
133 2. mlock(2) controller
134 3. Kernel user memory accounting and slab control
135 4. user mappings length controller
137 The memory controller is the first controller developed.
139 2.1. Design
140 -----------
142 The core of the design is a counter called the page_counter. The
143 page_counter tracks the current memory usage and limit of the group of
144 processes associated with the controller. Each cgroup has a memory controller
145 specific data structure (mem_cgroup) associated with it.
147 2.2. Accounting
148 ---------------
152                 +--------------------+
153                 |  mem_cgroup        |
154                 |  (page_counter)    |
155                 +--------------------+
156                  /            ^      \
157                 /             |       \
158            +---------------+  |        +---------------+
159            | mm_struct     |  |....    | mm_struct     |
160            |               |  |        |               |
161            +---------------+  |        +---------------+
162                               |
163                               + --------------+
164                                               |
165            +---------------+           +------+--------+
166            | page          +---------->  page_cgroup|
167            |               |           |               |
168            +---------------+           +---------------+
170              (Figure 1: Hierarchy of Accounting)
173 Figure 1 shows the important aspects of the controller
175 1. Accounting happens per cgroup
176 2. Each mm_struct knows about which cgroup it belongs to
177 3. Each page has a pointer to the page_cgroup, which in turn knows the
178    cgroup it belongs to
180 The accounting is done as follows: mem_cgroup_charge_common() is invoked to
181 set up the necessary data structures and check if the cgroup that is being
182 charged is over its limit. If it is, then reclaim is invoked on the cgroup.
183 More details can be found in the reclaim section of this document.
184 If everything goes well, a page meta-data-structure called page_cgroup is
185 updated. page_cgroup has its own LRU on cgroup.
186 (*) page_cgroup structure is allocated at boot/memory-hotplug time.
188 2.2.1 Accounting details
189 ------------------------
191 All mapped anon pages (RSS) and cache pages (Page Cache) are accounted.
192 Some pages which are never reclaimable and will not be on the LRU
193 are not accounted. We just account pages under usual VM management.
195 RSS pages are accounted at page_fault unless they've already been accounted
196 for earlier. A file page will be accounted for as Page Cache when it's
197 inserted into inode (radix-tree). While it's mapped into the page tables of
198 processes, duplicate accounting is carefully avoided.
200 An RSS page is unaccounted when it's fully unmapped. A PageCache page is
201 unaccounted when it's removed from radix-tree. Even if RSS pages are fully
202 unmapped (by kswapd), they may exist as SwapCache in the system until they
203 are really freed. Such SwapCaches are also accounted.
204 A swapped-in page is accounted after adding into swapcache.
206 Note: The kernel does swapin-readahead and reads multiple swaps at once.
207 Since page's memcg recorded into swap whatever memsw enabled, the page will
208 be accounted after swapin.
210 At page migration, accounting information is kept.
212 Note: we just account pages-on-LRU because our purpose is to control amount
213 of used pages; not-on-LRU pages tend to be out-of-control from VM view.
215 2.3 Shared Page Accounting
216 --------------------------
218 Shared pages are accounted on the basis of the first touch approach. The
219 cgroup that first touches a page is accounted for the page. The principle
220 behind this approach is that a cgroup that aggressively uses a shared
221 page will eventually get charged for it (once it is uncharged from
222 the cgroup that brought it in -- this will happen on memory pressure).
224 But see section 8.2: when moving a task to another cgroup, its pages may
225 be recharged to the new cgroup, if move_charge_at_immigrate has been chosen.
227 2.4 Swap Extension
228 --------------------------------------
230 Swap usage is always recorded for each of cgroup. Swap Extension allows you to
231 read and limit it.
233 When CONFIG_SWAP is enabled, following files are added.
235  - memory.memsw.usage_in_bytes.
236  - memory.memsw.limit_in_bytes.
238 memsw means memory+swap. Usage of memory+swap is limited by
239 memsw.limit_in_bytes.
241 Example: Assume a system with 4G of swap. A task which allocates 6G of memory
242 (by mistake) under 2G memory limitation will use all swap.
243 In this case, setting memsw.limit_in_bytes=3G will prevent bad use of swap.
244 By using the memsw limit, you can avoid system OOM which can be caused by swap
245 shortage.
247 **why 'memory+swap' rather than swap**
249 The global LRU(kswapd) can swap out arbitrary pages. Swap-out means
250 to move account from memory to swap...there is no change in usage of
251 memory+swap. In other words, when we want to limit the usage of swap without
252 affecting global LRU, memory+swap limit is better than just limiting swap from
253 an OS point of view.
255 **What happens when a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes**
257 When a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes, it's useless to do swap-out
258 in this cgroup. Then, swap-out will not be done by cgroup routine and file
259 caches are dropped. But as mentioned above, global LRU can do swapout memory
260 from it for sanity of the system's memory management state. You can't forbid
261 it by cgroup.
263 2.5 Reclaim
264 -----------
266 Each cgroup maintains a per cgroup LRU which has the same structure as
267 global VM. When a cgroup goes over its limit, we first try
268 to reclaim memory from the cgroup so as to make space for the new
269 pages that the cgroup has touched. If the reclaim is unsuccessful,
270 an OOM routine is invoked to select and kill the bulkiest task in the
271 cgroup. (See 10. OOM Control below.)
273 The reclaim algorithm has not been modified for cgroups, except that
274 pages that are selected for reclaiming come from the per-cgroup LRU
275 list.
277 NOTE:
278   Reclaim does not work for the root cgroup, since we cannot set any
279   limits on the root cgroup.
281 Note2:
282   When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic.
284 When oom event notifier is registered, event will be delivered.
285 (See oom_control section)
287 2.6 Locking
288 -----------
290 Lock order is as follows:
292   Page lock (PG_locked bit of page->flags)
293     mm->page_table_lock or split pte_lock
294       lock_page_memcg (memcg->move_lock)
295         mapping->i_pages lock
296           lruvec->lru_lock.
298 Per-node-per-memcgroup LRU (cgroup's private LRU) is guarded by
299 lruvec->lru_lock; PG_lru bit of page->flags is cleared before
300 isolating a page from its LRU under lruvec->lru_lock.
302 2.7 Kernel Memory Extension (CONFIG_MEMCG_KMEM)
303 -----------------------------------------------
305 With the Kernel memory extension, the Memory Controller is able to limit
306 the amount of kernel memory used by the system. Kernel memory is fundamentally
307 different than user memory, since it can't be swapped out, which makes it
308 possible to DoS the system by consuming too much of this precious resource.
310 Kernel memory accounting is enabled for all memory cgroups by default. But
311 it can be disabled system-wide by passing cgroup.memory=nokmem to the kernel
312 at boot time. In this case, kernel memory will not be accounted at all.
314 Kernel memory limits are not imposed for the root cgroup. Usage for the root
315 cgroup may or may not be accounted. The memory used is accumulated into
316 memory.kmem.usage_in_bytes, or in a separate counter when it makes sense.
317 (currently only for tcp).
319 The main "kmem" counter is fed into the main counter, so kmem charges will
320 also be visible from the user counter.
322 Currently no soft limit is implemented for kernel memory. It is future work
323 to trigger slab reclaim when those limits are reached.
325 2.7.1 Current Kernel Memory resources accounted
326 -----------------------------------------------
328 stack pages:
329   every process consumes some stack pages. By accounting into
330   kernel memory, we prevent new processes from being created when the kernel
331   memory usage is too high.
333 slab pages:
334   pages allocated by the SLAB or SLUB allocator are tracked. A copy
335   of each kmem_cache is created every time the cache is touched by the first time
336   from inside the memcg. The creation is done lazily, so some objects can still be
337   skipped while the cache is being created. All objects in a slab page should
338   belong to the same memcg. This only fails to hold when a task is migrated to a
339   different memcg during the page allocation by the cache.
341 sockets memory pressure:
342   some sockets protocols have memory pressure
343   thresholds. The Memory Controller allows them to be controlled individually
344   per cgroup, instead of globally.
346 tcp memory pressure:
347   sockets memory pressure for the tcp protocol.
349 2.7.2 Common use cases
350 ----------------------
352 Because the "kmem" counter is fed to the main user counter, kernel memory can
353 never be limited completely independently of user memory. Say "U" is the user
354 limit, and "K" the kernel limit. There are three possible ways limits can be
355 set:
357 U != 0, K = unlimited:
358     This is the standard memcg limitation mechanism already present before kmem
359     accounting. Kernel memory is completely ignored.
361 U != 0, K < U:
362     Kernel memory is a subset of the user memory. This setup is useful in
363     deployments where the total amount of memory per-cgroup is overcommited.
364     Overcommiting kernel memory limits is definitely not recommended, since the
365     box can still run out of non-reclaimable memory.
366     In this case, the admin could set up K so that the sum of all groups is
367     never greater than the total memory, and freely set U at the cost of his
368     QoS.
370 WARNING:
371     In the current implementation, memory reclaim will NOT be
372     triggered for a cgroup when it hits K while staying below U, which makes
373     this setup impractical.
375 U != 0, K >= U:
376     Since kmem charges will also be fed to the user counter and reclaim will be
377     triggered for the cgroup for both kinds of memory. This setup gives the
378     admin a unified view of memory, and it is also useful for people who just
379     want to track kernel memory usage.
381 3. User Interface
382 =================
384 3.0. Configuration
385 ------------------
387 a. Enable CONFIG_CGROUPS
388 b. Enable CONFIG_MEMCG
389 c. Enable CONFIG_MEMCG_SWAP (to use swap extension)
390 d. Enable CONFIG_MEMCG_KMEM (to use kmem extension)
392 3.1. Prepare the cgroups (see cgroups.txt, Why are cgroups needed?)
393 -------------------------------------------------------------------
397         # mount -t tmpfs none /sys/fs/cgroup
398         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory
399         # mount -t cgroup none /sys/fs/cgroup/memory -o memory
401 3.2. Make the new group and move bash into it::
403         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory/0
404         # echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/0/tasks
406 Since now we're in the 0 cgroup, we can alter the memory limit::
408         # echo 4M > /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
410 NOTE:
411   We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
412   mega or gigabytes. (Here, Kilo, Mega, Giga are Kibibytes, Mebibytes,
413   Gibibytes.)
415 NOTE:
416   We can write "-1" to reset the ``*.limit_in_bytes(unlimited)``.
418 NOTE:
419   We cannot set limits on the root cgroup any more.
423   # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
424   4194304
426 We can check the usage::
428   # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.usage_in_bytes
429   1216512
431 A successful write to this file does not guarantee a successful setting of
432 this limit to the value written into the file. This can be due to a
433 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
434 availability of memory on the system. The user is required to re-read
435 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel::
437   # echo 1 > memory.limit_in_bytes
438   # cat memory.limit_in_bytes
439   4096
441 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
442 exceeded.
444 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
445 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
447 4. Testing
448 ==========
450 For testing features and implementation, see memcg_test.txt.
452 Performance test is also important. To see pure memory controller's overhead,
453 testing on tmpfs will give you good numbers of small overheads.
454 Example: do kernel make on tmpfs.
456 Page-fault scalability is also important. At measuring parallel
457 page fault test, multi-process test may be better than multi-thread
458 test because it has noise of shared objects/status.
460 But the above two are testing extreme situations.
461 Trying usual test under memory controller is always helpful.
463 4.1 Troubleshooting
464 -------------------
466 Sometimes a user might find that the application under a cgroup is
467 terminated by the OOM killer. There are several causes for this:
469 1. The cgroup limit is too low (just too low to do anything useful)
470 2. The user is using anonymous memory and swap is turned off or too low
472 A sync followed by echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches will help get rid of
473 some of the pages cached in the cgroup (page cache pages).
475 To know what happens, disabling OOM_Kill as per "10. OOM Control" (below) and
476 seeing what happens will be helpful.
478 4.2 Task migration
479 ------------------
481 When a task migrates from one cgroup to another, its charge is not
482 carried forward by default. The pages allocated from the original cgroup still
483 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
484 reclaimed.
486 You can move charges of a task along with task migration.
487 See 8. "Move charges at task migration"
489 4.3 Removing a cgroup
490 ---------------------
492 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in sections 4.1 and 4.2, a
493 cgroup might have some charge associated with it, even though all
494 tasks have migrated away from it. (because we charge against pages, not
495 against tasks.)
497 We move the stats to parent, and no change on the charge except uncharging
498 from the child.
500 Charges recorded in swap information is not updated at removal of cgroup.
501 Recorded information is discarded and a cgroup which uses swap (swapcache)
502 will be charged as a new owner of it.
504 5. Misc. interfaces
505 ===================
507 5.1 force_empty
508 ---------------
509   memory.force_empty interface is provided to make cgroup's memory usage empty.
510   When writing anything to this::
512     # echo 0 > memory.force_empty
514   the cgroup will be reclaimed and as many pages reclaimed as possible.
516   The typical use case for this interface is before calling rmdir().
517   Though rmdir() offlines memcg, but the memcg may still stay there due to
518   charged file caches. Some out-of-use page caches may keep charged until
519   memory pressure happens. If you want to avoid that, force_empty will be useful.
521   Also, note that when memory.kmem.limit_in_bytes is set the charges due to
522   kernel pages will still be seen. This is not considered a failure and the
523   write will still return success. In this case, it is expected that
524   memory.kmem.usage_in_bytes == memory.usage_in_bytes.
526 5.2 stat file
527 -------------
529 memory.stat file includes following statistics
531 per-memory cgroup local status
532 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
534 =============== ===============================================================
535 cache           # of bytes of page cache memory.
536 rss             # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes
537                 transparent hugepages).
538 rss_huge        # of bytes of anonymous transparent hugepages.
539 mapped_file     # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
540 pgpgin          # of charging events to the memory cgroup. The charging
541                 event happens each time a page is accounted as either mapped
542                 anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
543 pgpgout         # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging
544                 event happens each time a page is unaccounted from the cgroup.
545 swap            # of bytes of swap usage
546 dirty           # of bytes that are waiting to get written back to the disk.
547 writeback       # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to
548                 disk.
549 inactive_anon   # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive
550                 LRU list.
551 active_anon     # of bytes of anonymous and swap cache memory on active
552                 LRU list.
553 inactive_file   # of bytes of file-backed memory on inactive LRU list.
554 active_file     # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
555 unevictable     # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).
556 =============== ===============================================================
558 status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings)
559 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
561 ========================= ===================================================
562 hierarchical_memory_limit # of bytes of memory limit with regard to hierarchy
563                           under which the memory cgroup is
564 hierarchical_memsw_limit  # of bytes of memory+swap limit with regard to
565                           hierarchy under which memory cgroup is.
567 total_<counter>           # hierarchical version of <counter>, which in
568                           addition to the cgroup's own value includes the
569                           sum of all hierarchical children's values of
570                           <counter>, i.e. total_cache
571 ========================= ===================================================
573 The following additional stats are dependent on CONFIG_DEBUG_VM
574 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
576 ========================= ========================================
577 recent_rotated_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
578 recent_rotated_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
579 recent_scanned_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
580 recent_scanned_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
581 ========================= ========================================
583 Memo:
584         recent_rotated means recent frequency of LRU rotation.
585         recent_scanned means recent # of scans to LRU.
586         showing for better debug please see the code for meanings.
588 Note:
589         Only anonymous and swap cache memory is listed as part of 'rss' stat.
590         This should not be confused with the true 'resident set size' or the
591         amount of physical memory used by the cgroup.
593         'rss + mapped_file" will give you resident set size of cgroup.
595         (Note: file and shmem may be shared among other cgroups. In that case,
596         mapped_file is accounted only when the memory cgroup is owner of page
597         cache.)
599 5.3 swappiness
600 --------------
602 Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable
603 in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
605 Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim
606 enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if
607 there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer
608 if there are no file pages to reclaim.
610 5.4 failcnt
611 -----------
613 A memory cgroup provides memory.failcnt and memory.memsw.failcnt files.
614 This failcnt(== failure count) shows the number of times that a usage counter
615 hit its limit. When a memory cgroup hits a limit, failcnt increases and
616 memory under it will be reclaimed.
618 You can reset failcnt by writing 0 to failcnt file::
620         # echo 0 > .../memory.failcnt
622 5.5 usage_in_bytes
623 ------------------
625 For efficiency, as other kernel components, memory cgroup uses some optimization
626 to avoid unnecessary cacheline false sharing. usage_in_bytes is affected by the
627 method and doesn't show 'exact' value of memory (and swap) usage, it's a fuzz
628 value for efficient access. (Of course, when necessary, it's synchronized.)
629 If you want to know more exact memory usage, you should use RSS+CACHE(+SWAP)
630 value in memory.stat(see 5.2).
632 5.6 numa_stat
633 -------------
635 This is similar to numa_maps but operates on a per-memcg basis.  This is
636 useful for providing visibility into the numa locality information within
637 an memcg since the pages are allowed to be allocated from any physical
638 node.  One of the use cases is evaluating application performance by
639 combining this information with the application's CPU allocation.
641 Each memcg's numa_stat file includes "total", "file", "anon" and "unevictable"
642 per-node page counts including "hierarchical_<counter>" which sums up all
643 hierarchical children's values in addition to the memcg's own value.
645 The output format of memory.numa_stat is::
647   total=<total pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
648   file=<total file pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
649   anon=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
650   unevictable=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
651   hierarchical_<counter>=<counter pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
653 The "total" count is sum of file + anon + unevictable.
655 6. Hierarchy support
656 ====================
658 The memory controller supports a deep hierarchy and hierarchical accounting.
659 The hierarchy is created by creating the appropriate cgroups in the
660 cgroup filesystem. Consider for example, the following cgroup filesystem
661 hierarchy::
663                root
664              /  |   \
665             /   |    \
666            a    b     c
667                       | \
668                       |  \
669                       d   e
671 In the diagram above, with hierarchical accounting enabled, all memory
672 usage of e, is accounted to its ancestors up until the root (i.e, c and root).
673 If one of the ancestors goes over its limit, the reclaim algorithm reclaims
674 from the tasks in the ancestor and the children of the ancestor.
676 6.1 Hierarchical accounting and reclaim
677 ---------------------------------------
679 Hierarchical accounting is enabled by default. Disabling the hierarchical
680 accounting is deprecated. An attempt to do it will result in a failure
681 and a warning printed to dmesg.
683 For compatibility reasons writing 1 to memory.use_hierarchy will always pass::
685         # echo 1 > memory.use_hierarchy
687 7. Soft limits
688 ==============
690 Soft limits allow for greater sharing of memory. The idea behind soft limits
691 is to allow control groups to use as much of the memory as needed, provided
693 a. There is no memory contention
694 b. They do not exceed their hard limit
696 When the system detects memory contention or low memory, control groups
697 are pushed back to their soft limits. If the soft limit of each control
698 group is very high, they are pushed back as much as possible to make
699 sure that one control group does not starve the others of memory.
701 Please note that soft limits is a best-effort feature; it comes with
702 no guarantees, but it does its best to make sure that when memory is
703 heavily contended for, memory is allocated based on the soft limit
704 hints/setup. Currently soft limit based reclaim is set up such that
705 it gets invoked from balance_pgdat (kswapd).
707 7.1 Interface
708 -------------
710 Soft limits can be setup by using the following commands (in this example we
711 assume a soft limit of 256 MiB)::
713         # echo 256M > memory.soft_limit_in_bytes
715 If we want to change this to 1G, we can at any time use::
717         # echo 1G > memory.soft_limit_in_bytes
719 NOTE1:
720        Soft limits take effect over a long period of time, since they involve
721        reclaiming memory for balancing between memory cgroups
722 NOTE2:
723        It is recommended to set the soft limit always below the hard limit,
724        otherwise the hard limit will take precedence.
726 8. Move charges at task migration
727 =================================
729 Users can move charges associated with a task along with task migration, that
730 is, uncharge task's pages from the old cgroup and charge them to the new cgroup.
731 This feature is not supported in !CONFIG_MMU environments because of lack of
732 page tables.
734 8.1 Interface
735 -------------
737 This feature is disabled by default. It can be enabled (and disabled again) by
738 writing to memory.move_charge_at_immigrate of the destination cgroup.
740 If you want to enable it::
742         # echo (some positive value) > memory.move_charge_at_immigrate
744 Note:
745       Each bits of move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type
746       of charges should be moved. See 8.2 for details.
747 Note:
748       Charges are moved only when you move mm->owner, in other words,
749       a leader of a thread group.
750 Note:
751       If we cannot find enough space for the task in the destination cgroup, we
752       try to make space by reclaiming memory. Task migration may fail if we
753       cannot make enough space.
754 Note:
755       It can take several seconds if you move charges much.
757 And if you want disable it again::
759         # echo 0 > memory.move_charge_at_immigrate
761 8.2 Type of charges which can be moved
762 --------------------------------------
764 Each bit in move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type of
765 charges should be moved. But in any case, it must be noted that an account of
766 a page or a swap can be moved only when it is charged to the task's current
767 (old) memory cgroup.
769 +---+--------------------------------------------------------------------------+
770 |bit| what type of charges would be moved ?                                    |
771 +===+==========================================================================+
772 | 0 | A charge of an anonymous page (or swap of it) used by the target task.   |
773 |   | You must enable Swap Extension (see 2.4) to enable move of swap charges. |
774 +---+--------------------------------------------------------------------------+
775 | 1 | A charge of file pages (normal file, tmpfs file (e.g. ipc shared memory) |
776 |   | and swaps of tmpfs file) mmapped by the target task. Unlike the case of  |
777 |   | anonymous pages, file pages (and swaps) in the range mmapped by the task |
778 |   | will be moved even if the task hasn't done page fault, i.e. they might   |
779 |   | not be the task's "RSS", but other task's "RSS" that maps the same file. |
780 |   | And mapcount of the page is ignored (the page can be moved even if       |
781 |   | page_mapcount(page) > 1). You must enable Swap Extension (see 2.4) to    |
782 |   | enable move of swap charges.                                             |
783 +---+--------------------------------------------------------------------------+
785 8.3 TODO
786 --------
788 - All of moving charge operations are done under cgroup_mutex. It's not good
789   behavior to hold the mutex too long, so we may need some trick.
791 9. Memory thresholds
792 ====================
794 Memory cgroup implements memory thresholds using the cgroups notification
795 API (see cgroups.txt). It allows to register multiple memory and memsw
796 thresholds and gets notifications when it crosses.
798 To register a threshold, an application must:
800 - create an eventfd using eventfd(2);
801 - open memory.usage_in_bytes or memory.memsw.usage_in_bytes;
802 - write string like "<event_fd> <fd of memory.usage_in_bytes> <threshold>" to
803   cgroup.event_control.
805 Application will be notified through eventfd when memory usage crosses
806 threshold in any direction.
808 It's applicable for root and non-root cgroup.
810 10. OOM Control
811 ===============
813 memory.oom_control file is for OOM notification and other controls.
815 Memory cgroup implements OOM notifier using the cgroup notification
816 API (See cgroups.txt). It allows to register multiple OOM notification
817 delivery and gets notification when OOM happens.
819 To register a notifier, an application must:
821  - create an eventfd using eventfd(2)
822  - open memory.oom_control file
823  - write string like "<event_fd> <fd of memory.oom_control>" to
824    cgroup.event_control
826 The application will be notified through eventfd when OOM happens.
827 OOM notification doesn't work for the root cgroup.
829 You can disable the OOM-killer by writing "1" to memory.oom_control file, as:
831         #echo 1 > memory.oom_control
833 If OOM-killer is disabled, tasks under cgroup will hang/sleep
834 in memory cgroup's OOM-waitqueue when they request accountable memory.
836 For running them, you have to relax the memory cgroup's OOM status by
838         * enlarge limit or reduce usage.
840 To reduce usage,
842         * kill some tasks.
843         * move some tasks to other group with account migration.
844         * remove some files (on tmpfs?)
846 Then, stopped tasks will work again.
848 At reading, current status of OOM is shown.
850         - oom_kill_disable 0 or 1
851           (if 1, oom-killer is disabled)
852         - under_oom        0 or 1
853           (if 1, the memory cgroup is under OOM, tasks may be stopped.)
855 11. Memory Pressure
856 ===================
858 The pressure level notifications can be used to monitor the memory
859 allocation cost; based on the pressure, applications can implement
860 different strategies of managing their memory resources. The pressure
861 levels are defined as following:
863 The "low" level means that the system is reclaiming memory for new
864 allocations. Monitoring this reclaiming activity might be useful for
865 maintaining cache level. Upon notification, the program (typically
866 "Activity Manager") might analyze vmstat and act in advance (i.e.
867 prematurely shutdown unimportant services).
869 The "medium" level means that the system is experiencing medium memory
870 pressure, the system might be making swap, paging out active file caches,
871 etc. Upon this event applications may decide to further analyze
872 vmstat/zoneinfo/memcg or internal memory usage statistics and free any
873 resources that can be easily reconstructed or re-read from a disk.
875 The "critical" level means that the system is actively thrashing, it is
876 about to out of memory (OOM) or even the in-kernel OOM killer is on its
877 way to trigger. Applications should do whatever they can to help the
878 system. It might be too late to consult with vmstat or any other
879 statistics, so it's advisable to take an immediate action.
881 By default, events are propagated upward until the event is handled, i.e. the
882 events are not pass-through. For example, you have three cgroups: A->B->C. Now
883 you set up an event listener on cgroups A, B and C, and suppose group C
884 experiences some pressure. In this situation, only group C will receive the
885 notification, i.e. groups A and B will not receive it. This is done to avoid
886 excessive "broadcasting" of messages, which disturbs the system and which is
887 especially bad if we are low on memory or thrashing. Group B, will receive
888 notification only if there are no event listers for group C.
890 There are three optional modes that specify different propagation behavior:
892  - "default": this is the default behavior specified above. This mode is the
893    same as omitting the optional mode parameter, preserved by backwards
894    compatibility.
896  - "hierarchy": events always propagate up to the root, similar to the default
897    behavior, except that propagation continues regardless of whether there are
898    event listeners at each level, with the "hierarchy" mode. In the above
899    example, groups A, B, and C will receive notification of memory pressure.
901  - "local": events are pass-through, i.e. they only receive notifications when
902    memory pressure is experienced in the memcg for which the notification is
903    registered. In the above example, group C will receive notification if
904    registered for "local" notification and the group experiences memory
905    pressure. However, group B will never receive notification, regardless if
906    there is an event listener for group C or not, if group B is registered for
907    local notification.
909 The level and event notification mode ("hierarchy" or "local", if necessary) are
910 specified by a comma-delimited string, i.e. "low,hierarchy" specifies
911 hierarchical, pass-through, notification for all ancestor memcgs. Notification
912 that is the default, non pass-through behavior, does not specify a mode.
913 "medium,local" specifies pass-through notification for the medium level.
915 The file memory.pressure_level is only used to setup an eventfd. To
916 register a notification, an application must:
918 - create an eventfd using eventfd(2);
919 - open memory.pressure_level;
920 - write string as "<event_fd> <fd of memory.pressure_level> <level[,mode]>"
921   to cgroup.event_control.
923 Application will be notified through eventfd when memory pressure is at
924 the specific level (or higher). Read/write operations to
925 memory.pressure_level are no implemented.
927 Test:
929    Here is a small script example that makes a new cgroup, sets up a
930    memory limit, sets up a notification in the cgroup and then makes child
931    cgroup experience a critical pressure::
933         # cd /sys/fs/cgroup/memory/
934         # mkdir foo
935         # cd foo
936         # cgroup_event_listener memory.pressure_level low,hierarchy &
937         # echo 8000000 > memory.limit_in_bytes
938         # echo 8000000 > memory.memsw.limit_in_bytes
939         # echo $$ > tasks
940         # dd if=/dev/zero | read x
942    (Expect a bunch of notifications, and eventually, the oom-killer will
943    trigger.)
945 12. TODO
946 ========
948 1. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
949 2. Teach controller to account for shared-pages
950 3. Start reclamation in the background when the limit is
951    not yet hit but the usage is getting closer
953 Summary
954 =======
956 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
957 commented and discussed quite extensively in the community.
959 References
960 ==========
962 1. Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
963 2. Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
964    http://lwn.net/Articles/222762/
965 3. Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
966    http://lkml.org/lkml/2007/3/6/198
967 4. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
968    http://lkml.org/lkml/2007/4/9/78
969 5. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
970    http://lkml.org/lkml/2007/5/30/244
971 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
972 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
973    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
974 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
975    http://lkml.org/lkml/2007/5/17/232
976 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
977    http://lkml.org/lkml/2007/5/18/1
978 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
979     http://lkml.org/lkml/2007/8/19/36
980 11. Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
981     http://lkml.org/lkml/2007/8/17/69
982 12. Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
983     http://lwn.net/Articles/243795/