]> git.kernelconcepts.de Git - karo-tx-linux.git/blob - Documentation/cgroups/memory.txt
a22df3ad35fff8a43d78517f790a9822aa5d8d55
[karo-tx-linux.git] / Documentation / cgroups / memory.txt
1 Memory Resource Controller
2
3 NOTE: This document is hopelessly outdated and it asks for a complete
4       rewrite. It still contains a useful information so we are keeping it
5       here but make sure to check the current code if you need a deeper
6       understanding.
7
8 NOTE: The Memory Resource Controller has generically been referred to as the
9       memory controller in this document. Do not confuse memory controller
10       used here with the memory controller that is used in hardware.
11
12 (For editors)
13 In this document:
14       When we mention a cgroup (cgroupfs's directory) with memory controller,
15       we call it "memory cgroup". When you see git-log and source code, you'll
16       see patch's title and function names tend to use "memcg".
17       In this document, we avoid using it.
18
19 Benefits and Purpose of the memory controller
20
21 The memory controller isolates the memory behaviour of a group of tasks
22 from the rest of the system. The article on LWN [12] mentions some probable
23 uses of the memory controller. The memory controller can be used to
24
25 a. Isolate an application or a group of applications
26    Memory-hungry applications can be isolated and limited to a smaller
27    amount of memory.
28 b. Create a cgroup with a limited amount of memory; this can be used
29    as a good alternative to booting with mem=XXXX.
30 c. Virtualization solutions can control the amount of memory they want
31    to assign to a virtual machine instance.
32 d. A CD/DVD burner could control the amount of memory used by the
33    rest of the system to ensure that burning does not fail due to lack
34    of available memory.
35 e. There are several other use cases; find one or use the controller just
36    for fun (to learn and hack on the VM subsystem).
37
38 Current Status: linux-2.6.34-mmotm(development version of 2010/April)
39
40 Features:
41  - accounting anonymous pages, file caches, swap caches usage and limiting them.
42  - pages are linked to per-memcg LRU exclusively, and there is no global LRU.
43  - optionally, memory+swap usage can be accounted and limited.
44  - hierarchical accounting
45  - soft limit
46  - moving (recharging) account at moving a task is selectable.
47  - usage threshold notifier
48  - memory pressure notifier
49  - oom-killer disable knob and oom-notifier
50  - Root cgroup has no limit controls.
51
52  Kernel memory support is a work in progress, and the current version provides
53  basically functionality. (See Section 2.7)
54
55 Brief summary of control files.
56
57  tasks                           # attach a task(thread) and show list of threads
58  cgroup.procs                    # show list of processes
59  cgroup.event_control            # an interface for event_fd()
60  memory.usage_in_bytes           # show current usage for memory
61                                  (See 5.5 for details)
62  memory.memsw.usage_in_bytes     # show current usage for memory+Swap
63                                  (See 5.5 for details)
64  memory.limit_in_bytes           # set/show limit of memory usage
65  memory.memsw.limit_in_bytes     # set/show limit of memory+Swap usage
66  memory.failcnt                  # show the number of memory usage hits limits
67  memory.memsw.failcnt            # show the number of memory+Swap hits limits
68  memory.max_usage_in_bytes       # show max memory usage recorded
69  memory.memsw.max_usage_in_bytes # show max memory+Swap usage recorded
70  memory.soft_limit_in_bytes      # set/show soft limit of memory usage
71  memory.stat                     # show various statistics
72  memory.use_hierarchy            # set/show hierarchical account enabled
73  memory.force_empty              # trigger forced move charge to parent
74  memory.pressure_level           # set memory pressure notifications
75  memory.swappiness               # set/show swappiness parameter of vmscan
76                                  (See sysctl's vm.swappiness)
77  memory.move_charge_at_immigrate # set/show controls of moving charges
78  memory.oom_control              # set/show oom controls.
79  memory.numa_stat                # show the number of memory usage per numa node
80
81  memory.kmem.limit_in_bytes      # set/show hard limit for kernel memory
82  memory.kmem.usage_in_bytes      # show current kernel memory allocation
83  memory.kmem.failcnt             # show the number of kernel memory usage hits limits
84  memory.kmem.max_usage_in_bytes  # show max kernel memory usage recorded
85
86  memory.kmem.tcp.limit_in_bytes  # set/show hard limit for tcp buf memory
87  memory.kmem.tcp.usage_in_bytes  # show current tcp buf memory allocation
88  memory.kmem.tcp.failcnt            # show the number of tcp buf memory usage hits limits
89  memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes # show max tcp buf memory usage recorded
90
91 1. History
92
93 The memory controller has a long history. A request for comments for the memory
94 controller was posted by Balbir Singh [1]. At the time the RFC was posted
95 there were several implementations for memory control. The goal of the
96 RFC was to build consensus and agreement for the minimal features required
97 for memory control. The first RSS controller was posted by Balbir Singh[2]
98 in Feb 2007. Pavel Emelianov [3][4][5] has since posted three versions of the
99 RSS controller. At OLS, at the resource management BoF, everyone suggested
100 that we handle both page cache and RSS together. Another request was raised
101 to allow user space handling of OOM. The current memory controller is
102 at version 6; it combines both mapped (RSS) and unmapped Page
103 Cache Control [11].
104
105 2. Memory Control
106
107 Memory is a unique resource in the sense that it is present in a limited
108 amount. If a task requires a lot of CPU processing, the task can spread
109 its processing over a period of hours, days, months or years, but with
110 memory, the same physical memory needs to be reused to accomplish the task.
111
112 The memory controller implementation has been divided into phases. These
113 are:
114
115 1. Memory controller
116 2. mlock(2) controller
117 3. Kernel user memory accounting and slab control
118 4. user mappings length controller
119
120 The memory controller is the first controller developed.
121
122 2.1. Design
123
124 The core of the design is a counter called the page_counter. The
125 page_counter tracks the current memory usage and limit of the group of
126 processes associated with the controller. Each cgroup has a memory controller
127 specific data structure (mem_cgroup) associated with it.
128
129 2.2. Accounting
130
131                 +--------------------+
132                 |  mem_cgroup        |
133                 |  (page_counter)    |
134                 +--------------------+
135                  /            ^      \
136                 /             |       \
137            +---------------+  |        +---------------+
138            | mm_struct     |  |....    | mm_struct     |
139            |               |  |        |               |
140            +---------------+  |        +---------------+
141                               |
142                               + --------------+
143                                               |
144            +---------------+           +------+--------+
145            | page          +---------->  page_cgroup|
146            |               |           |               |
147            +---------------+           +---------------+
148
149              (Figure 1: Hierarchy of Accounting)
150
151
152 Figure 1 shows the important aspects of the controller
153
154 1. Accounting happens per cgroup
155 2. Each mm_struct knows about which cgroup it belongs to
156 3. Each page has a pointer to the page_cgroup, which in turn knows the
157    cgroup it belongs to
158
159 The accounting is done as follows: mem_cgroup_charge_common() is invoked to
160 set up the necessary data structures and check if the cgroup that is being
161 charged is over its limit. If it is, then reclaim is invoked on the cgroup.
162 More details can be found in the reclaim section of this document.
163 If everything goes well, a page meta-data-structure called page_cgroup is
164 updated. page_cgroup has its own LRU on cgroup.
165 (*) page_cgroup structure is allocated at boot/memory-hotplug time.
166
167 2.2.1 Accounting details
168
169 All mapped anon pages (RSS) and cache pages (Page Cache) are accounted.
170 Some pages which are never reclaimable and will not be on the LRU
171 are not accounted. We just account pages under usual VM management.
172
173 RSS pages are accounted at page_fault unless they've already been accounted
174 for earlier. A file page will be accounted for as Page Cache when it's
175 inserted into inode (radix-tree). While it's mapped into the page tables of
176 processes, duplicate accounting is carefully avoided.
177
178 An RSS page is unaccounted when it's fully unmapped. A PageCache page is
179 unaccounted when it's removed from radix-tree. Even if RSS pages are fully
180 unmapped (by kswapd), they may exist as SwapCache in the system until they
181 are really freed. Such SwapCaches are also accounted.
182 A swapped-in page is not accounted until it's mapped.
183
184 Note: The kernel does swapin-readahead and reads multiple swaps at once.
185 This means swapped-in pages may contain pages for other tasks than a task
186 causing page fault. So, we avoid accounting at swap-in I/O.
187
188 At page migration, accounting information is kept.
189
190 Note: we just account pages-on-LRU because our purpose is to control amount
191 of used pages; not-on-LRU pages tend to be out-of-control from VM view.
192
193 2.3 Shared Page Accounting
194
195 Shared pages are accounted on the basis of the first touch approach. The
196 cgroup that first touches a page is accounted for the page. The principle
197 behind this approach is that a cgroup that aggressively uses a shared
198 page will eventually get charged for it (once it is uncharged from
199 the cgroup that brought it in -- this will happen on memory pressure).
200
201 But see section 8.2: when moving a task to another cgroup, its pages may
202 be recharged to the new cgroup, if move_charge_at_immigrate has been chosen.
203
204 Exception: If CONFIG_MEMCG_SWAP is not used.
205 When you do swapoff and make swapped-out pages of shmem(tmpfs) to
206 be backed into memory in force, charges for pages are accounted against the
207 caller of swapoff rather than the users of shmem.
208
209 2.4 Swap Extension (CONFIG_MEMCG_SWAP)
210
211 Swap Extension allows you to record charge for swap. A swapped-in page is
212 charged back to original page allocator if possible.
213
214 When swap is accounted, following files are added.
215  - memory.memsw.usage_in_bytes.
216  - memory.memsw.limit_in_bytes.
217
218 memsw means memory+swap. Usage of memory+swap is limited by
219 memsw.limit_in_bytes.
220
221 Example: Assume a system with 4G of swap. A task which allocates 6G of memory
222 (by mistake) under 2G memory limitation will use all swap.
223 In this case, setting memsw.limit_in_bytes=3G will prevent bad use of swap.
224 By using the memsw limit, you can avoid system OOM which can be caused by swap
225 shortage.
226
227 * why 'memory+swap' rather than swap.
228 The global LRU(kswapd) can swap out arbitrary pages. Swap-out means
229 to move account from memory to swap...there is no change in usage of
230 memory+swap. In other words, when we want to limit the usage of swap without
231 affecting global LRU, memory+swap limit is better than just limiting swap from
232 an OS point of view.
233
234 * What happens when a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes
235 When a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes, it's useless to do swap-out
236 in this cgroup. Then, swap-out will not be done by cgroup routine and file
237 caches are dropped. But as mentioned above, global LRU can do swapout memory
238 from it for sanity of the system's memory management state. You can't forbid
239 it by cgroup.
240
241 2.5 Reclaim
242
243 Each cgroup maintains a per cgroup LRU which has the same structure as
244 global VM. When a cgroup goes over its limit, we first try
245 to reclaim memory from the cgroup so as to make space for the new
246 pages that the cgroup has touched. If the reclaim is unsuccessful,
247 an OOM routine is invoked to select and kill the bulkiest task in the
248 cgroup. (See 10. OOM Control below.)
249
250 The reclaim algorithm has not been modified for cgroups, except that
251 pages that are selected for reclaiming come from the per-cgroup LRU
252 list.
253
254 NOTE: Reclaim does not work for the root cgroup, since we cannot set any
255 limits on the root cgroup.
256
257 Note2: When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic.
258
259 When oom event notifier is registered, event will be delivered.
260 (See oom_control section)
261
262 2.6 Locking
263
264    lock_page_cgroup()/unlock_page_cgroup() should not be called under
265    mapping->tree_lock.
266
267    Other lock order is following:
268    PG_locked.
269    mm->page_table_lock
270        zone->lru_lock
271           lock_page_cgroup.
272   In many cases, just lock_page_cgroup() is called.
273   per-zone-per-cgroup LRU (cgroup's private LRU) is just guarded by
274   zone->lru_lock, it has no lock of its own.
275
276 2.7 Kernel Memory Extension (CONFIG_MEMCG_KMEM)
277
278 WARNING: Current implementation lacks reclaim support. That means allocation
279          attempts will fail when close to the limit even if there are plenty of
280          kmem available for reclaim. That makes this option unusable in real
281          life so DO NOT SELECT IT unless for development purposes.
282
283 With the Kernel memory extension, the Memory Controller is able to limit
284 the amount of kernel memory used by the system. Kernel memory is fundamentally
285 different than user memory, since it can't be swapped out, which makes it
286 possible to DoS the system by consuming too much of this precious resource.
287
288 Kernel memory won't be accounted at all until limit on a group is set. This
289 allows for existing setups to continue working without disruption.  The limit
290 cannot be set if the cgroup have children, or if there are already tasks in the
291 cgroup. Attempting to set the limit under those conditions will return -EBUSY.
292 When use_hierarchy == 1 and a group is accounted, its children will
293 automatically be accounted regardless of their limit value.
294
295 After a group is first limited, it will be kept being accounted until it
296 is removed. The memory limitation itself, can of course be removed by writing
297 -1 to memory.kmem.limit_in_bytes. In this case, kmem will be accounted, but not
298 limited.
299
300 Kernel memory limits are not imposed for the root cgroup. Usage for the root
301 cgroup may or may not be accounted. The memory used is accumulated into
302 memory.kmem.usage_in_bytes, or in a separate counter when it makes sense.
303 (currently only for tcp).
304 The main "kmem" counter is fed into the main counter, so kmem charges will
305 also be visible from the user counter.
306
307 Currently no soft limit is implemented for kernel memory. It is future work
308 to trigger slab reclaim when those limits are reached.
309
310 2.7.1 Current Kernel Memory resources accounted
311
312 * stack pages: every process consumes some stack pages. By accounting into
313 kernel memory, we prevent new processes from being created when the kernel
314 memory usage is too high.
315
316 * slab pages: pages allocated by the SLAB or SLUB allocator are tracked. A copy
317 of each kmem_cache is created every time the cache is touched by the first time
318 from inside the memcg. The creation is done lazily, so some objects can still be
319 skipped while the cache is being created. All objects in a slab page should
320 belong to the same memcg. This only fails to hold when a task is migrated to a
321 different memcg during the page allocation by the cache.
322
323 * sockets memory pressure: some sockets protocols have memory pressure
324 thresholds. The Memory Controller allows them to be controlled individually
325 per cgroup, instead of globally.
326
327 * tcp memory pressure: sockets memory pressure for the tcp protocol.
328
329 2.7.2 Common use cases
330
331 Because the "kmem" counter is fed to the main user counter, kernel memory can
332 never be limited completely independently of user memory. Say "U" is the user
333 limit, and "K" the kernel limit. There are three possible ways limits can be
334 set:
335
336     U != 0, K = unlimited:
337     This is the standard memcg limitation mechanism already present before kmem
338     accounting. Kernel memory is completely ignored.
339
340     U != 0, K < U:
341     Kernel memory is a subset of the user memory. This setup is useful in
342     deployments where the total amount of memory per-cgroup is overcommited.
343     Overcommiting kernel memory limits is definitely not recommended, since the
344     box can still run out of non-reclaimable memory.
345     In this case, the admin could set up K so that the sum of all groups is
346     never greater than the total memory, and freely set U at the cost of his
347     QoS.
348
349     U != 0, K >= U:
350     Since kmem charges will also be fed to the user counter and reclaim will be
351     triggered for the cgroup for both kinds of memory. This setup gives the
352     admin a unified view of memory, and it is also useful for people who just
353     want to track kernel memory usage.
354
355 3. User Interface
356
357 3.0. Configuration
358
359 a. Enable CONFIG_CGROUPS
360 b. Enable CONFIG_MEMCG
361 c. Enable CONFIG_MEMCG_SWAP (to use swap extension)
362 d. Enable CONFIG_MEMCG_KMEM (to use kmem extension)
363
364 3.1. Prepare the cgroups (see cgroups.txt, Why are cgroups needed?)
365 # mount -t tmpfs none /sys/fs/cgroup
366 # mkdir /sys/fs/cgroup/memory
367 # mount -t cgroup none /sys/fs/cgroup/memory -o memory
368
369 3.2. Make the new group and move bash into it
370 # mkdir /sys/fs/cgroup/memory/0
371 # echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/0/tasks
372
373 Since now we're in the 0 cgroup, we can alter the memory limit:
374 # echo 4M > /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
375
376 NOTE: We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
377 mega or gigabytes. (Here, Kilo, Mega, Giga are Kibibytes, Mebibytes, Gibibytes.)
378
379 NOTE: We can write "-1" to reset the *.limit_in_bytes(unlimited).
380 NOTE: We cannot set limits on the root cgroup any more.
381
382 # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
383 4194304
384
385 We can check the usage:
386 # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.usage_in_bytes
387 1216512
388
389 A successful write to this file does not guarantee a successful setting of
390 this limit to the value written into the file. This can be due to a
391 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
392 availability of memory on the system. The user is required to re-read
393 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel.
394
395 # echo 1 > memory.limit_in_bytes
396 # cat memory.limit_in_bytes
397 4096
398
399 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
400 exceeded.
401
402 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
403 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
404
405 4. Testing
406
407 For testing features and implementation, see memcg_test.txt.
408
409 Performance test is also important. To see pure memory controller's overhead,
410 testing on tmpfs will give you good numbers of small overheads.
411 Example: do kernel make on tmpfs.
412
413 Page-fault scalability is also important. At measuring parallel
414 page fault test, multi-process test may be better than multi-thread
415 test because it has noise of shared objects/status.
416
417 But the above two are testing extreme situations.
418 Trying usual test under memory controller is always helpful.
419
420 4.1 Troubleshooting
421
422 Sometimes a user might find that the application under a cgroup is
423 terminated by the OOM killer. There are several causes for this:
424
425 1. The cgroup limit is too low (just too low to do anything useful)
426 2. The user is using anonymous memory and swap is turned off or too low
427
428 A sync followed by echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches will help get rid of
429 some of the pages cached in the cgroup (page cache pages).
430
431 To know what happens, disabling OOM_Kill as per "10. OOM Control" (below) and
432 seeing what happens will be helpful.
433
434 4.2 Task migration
435
436 When a task migrates from one cgroup to another, its charge is not
437 carried forward by default. The pages allocated from the original cgroup still
438 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
439 reclaimed.
440
441 You can move charges of a task along with task migration.
442 See 8. "Move charges at task migration"
443
444 4.3 Removing a cgroup
445
446 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in sections 4.1 and 4.2, a
447 cgroup might have some charge associated with it, even though all
448 tasks have migrated away from it. (because we charge against pages, not
449 against tasks.)
450
451 We move the stats to root (if use_hierarchy==0) or parent (if
452 use_hierarchy==1), and no change on the charge except uncharging
453 from the child.
454
455 Charges recorded in swap information is not updated at removal of cgroup.
456 Recorded information is discarded and a cgroup which uses swap (swapcache)
457 will be charged as a new owner of it.
458
459 About use_hierarchy, see Section 6.
460
461 5. Misc. interfaces.
462
463 5.1 force_empty
464   memory.force_empty interface is provided to make cgroup's memory usage empty.
465   When writing anything to this
466
467   # echo 0 > memory.force_empty
468
469   the cgroup will be reclaimed and as many pages reclaimed as possible.
470
471   The typical use case for this interface is before calling rmdir().
472   Because rmdir() moves all pages to parent, some out-of-use page caches can be
473   moved to the parent. If you want to avoid that, force_empty will be useful.
474
475   Also, note that when memory.kmem.limit_in_bytes is set the charges due to
476   kernel pages will still be seen. This is not considered a failure and the
477   write will still return success. In this case, it is expected that
478   memory.kmem.usage_in_bytes == memory.usage_in_bytes.
479
480   About use_hierarchy, see Section 6.
481
482 5.2 stat file
483
484 memory.stat file includes following statistics
485
486 # per-memory cgroup local status
487 cache           - # of bytes of page cache memory.
488 rss             - # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes
489                 transparent hugepages).
490 rss_huge        - # of bytes of anonymous transparent hugepages.
491 mapped_file     - # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
492 pgpgin          - # of charging events to the memory cgroup. The charging
493                 event happens each time a page is accounted as either mapped
494                 anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
495 pgpgout         - # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging
496                 event happens each time a page is unaccounted from the cgroup.
497 swap            - # of bytes of swap usage
498 writeback       - # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to
499                 disk.
500 inactive_anon   - # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive
501                 LRU list.
502 active_anon     - # of bytes of anonymous and swap cache memory on active
503                 LRU list.
504 inactive_file   - # of bytes of file-backed memory on inactive LRU list.
505 active_file     - # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
506 unevictable     - # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).
507
508 # status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings)
509
510 hierarchical_memory_limit - # of bytes of memory limit with regard to hierarchy
511                         under which the memory cgroup is
512 hierarchical_memsw_limit - # of bytes of memory+swap limit with regard to
513                         hierarchy under which memory cgroup is.
514
515 total_<counter>         - # hierarchical version of <counter>, which in
516                         addition to the cgroup's own value includes the
517                         sum of all hierarchical children's values of
518                         <counter>, i.e. total_cache
519
520 # The following additional stats are dependent on CONFIG_DEBUG_VM.
521
522 recent_rotated_anon     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
523 recent_rotated_file     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
524 recent_scanned_anon     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
525 recent_scanned_file     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
526
527 Memo:
528         recent_rotated means recent frequency of LRU rotation.
529         recent_scanned means recent # of scans to LRU.
530         showing for better debug please see the code for meanings.
531
532 Note:
533         Only anonymous and swap cache memory is listed as part of 'rss' stat.
534         This should not be confused with the true 'resident set size' or the
535         amount of physical memory used by the cgroup.
536         'rss + file_mapped" will give you resident set size of cgroup.
537         (Note: file and shmem may be shared among other cgroups. In that case,
538          file_mapped is accounted only when the memory cgroup is owner of page
539          cache.)
540
541 5.3 swappiness
542
543 Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable
544 in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
545
546 Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim
547 enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if
548 there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer
549 if there are no file pages to reclaim.
550
551 5.4 failcnt
552
553 A memory cgroup provides memory.failcnt and memory.memsw.failcnt files.
554 This failcnt(== failure count) shows the number of times that a usage counter
555 hit its limit. When a memory cgroup hits a limit, failcnt increases and
556 memory under it will be reclaimed.
557
558 You can reset failcnt by writing 0 to failcnt file.
559 # echo 0 > .../memory.failcnt
560
561 5.5 usage_in_bytes
562
563 For efficiency, as other kernel components, memory cgroup uses some optimization
564 to avoid unnecessary cacheline false sharing. usage_in_bytes is affected by the
565 method and doesn't show 'exact' value of memory (and swap) usage, it's a fuzz
566 value for efficient access. (Of course, when necessary, it's synchronized.)
567 If you want to know more exact memory usage, you should use RSS+CACHE(+SWAP)
568 value in memory.stat(see 5.2).
569
570 5.6 numa_stat
571
572 This is similar to numa_maps but operates on a per-memcg basis.  This is
573 useful for providing visibility into the numa locality information within
574 an memcg since the pages are allowed to be allocated from any physical
575 node.  One of the use cases is evaluating application performance by
576 combining this information with the application's CPU allocation.
577
578 Each memcg's numa_stat file includes "total", "file", "anon" and "unevictable"
579 per-node page counts including "hierarchical_<counter>" which sums up all
580 hierarchical children's values in addition to the memcg's own value.
581
582 The output format of memory.numa_stat is:
583
584 total=<total pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
585 file=<total file pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
586 anon=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
587 unevictable=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
588 hierarchical_<counter>=<counter pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
589
590 The "total" count is sum of file + anon + unevictable.
591
592 6. Hierarchy support
593
594 The memory controller supports a deep hierarchy and hierarchical accounting.
595 The hierarchy is created by creating the appropriate cgroups in the
596 cgroup filesystem. Consider for example, the following cgroup filesystem
597 hierarchy
598
599                root
600              /  |   \
601             /   |    \
602            a    b     c
603                       | \
604                       |  \
605                       d   e
606
607 In the diagram above, with hierarchical accounting enabled, all memory
608 usage of e, is accounted to its ancestors up until the root (i.e, c and root),
609 that has memory.use_hierarchy enabled. If one of the ancestors goes over its
610 limit, the reclaim algorithm reclaims from the tasks in the ancestor and the
611 children of the ancestor.
612
613 6.1 Enabling hierarchical accounting and reclaim
614
615 A memory cgroup by default disables the hierarchy feature. Support
616 can be enabled by writing 1 to memory.use_hierarchy file of the root cgroup
617
618 # echo 1 > memory.use_hierarchy
619
620 The feature can be disabled by
621
622 # echo 0 > memory.use_hierarchy
623
624 NOTE1: Enabling/disabling will fail if either the cgroup already has other
625        cgroups created below it, or if the parent cgroup has use_hierarchy
626        enabled.
627
628 NOTE2: When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic in
629        case of an OOM event in any cgroup.
630
631 7. Soft limits
632
633 Soft limits allow for greater sharing of memory. The idea behind soft limits
634 is to allow control groups to use as much of the memory as needed, provided
635
636 a. There is no memory contention
637 b. They do not exceed their hard limit
638
639 When the system detects memory contention or low memory, control groups
640 are pushed back to their soft limits. If the soft limit of each control
641 group is very high, they are pushed back as much as possible to make
642 sure that one control group does not starve the others of memory.
643
644 Please note that soft limits is a best-effort feature; it comes with
645 no guarantees, but it does its best to make sure that when memory is
646 heavily contended for, memory is allocated based on the soft limit
647 hints/setup. Currently soft limit based reclaim is set up such that
648 it gets invoked from balance_pgdat (kswapd).
649
650 7.1 Interface
651
652 Soft limits can be setup by using the following commands (in this example we
653 assume a soft limit of 256 MiB)
654
655 # echo 256M > memory.soft_limit_in_bytes
656
657 If we want to change this to 1G, we can at any time use
658
659 # echo 1G > memory.soft_limit_in_bytes
660
661 NOTE1: Soft limits take effect over a long period of time, since they involve
662        reclaiming memory for balancing between memory cgroups
663 NOTE2: It is recommended to set the soft limit always below the hard limit,
664        otherwise the hard limit will take precedence.
665
666 8. Move charges at task migration
667
668 Users can move charges associated with a task along with task migration, that
669 is, uncharge task's pages from the old cgroup and charge them to the new cgroup.
670 This feature is not supported in !CONFIG_MMU environments because of lack of
671 page tables.
672
673 8.1 Interface
674
675 This feature is disabled by default. It can be enabled (and disabled again) by
676 writing to memory.move_charge_at_immigrate of the destination cgroup.
677
678 If you want to enable it:
679
680 # echo (some positive value) > memory.move_charge_at_immigrate
681
682 Note: Each bits of move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type
683       of charges should be moved. See 8.2 for details.
684 Note: Charges are moved only when you move mm->owner, in other words,
685       a leader of a thread group.
686 Note: If we cannot find enough space for the task in the destination cgroup, we
687       try to make space by reclaiming memory. Task migration may fail if we
688       cannot make enough space.
689 Note: It can take several seconds if you move charges much.
690
691 And if you want disable it again:
692
693 # echo 0 > memory.move_charge_at_immigrate
694
695 8.2 Type of charges which can be moved
696
697 Each bit in move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type of
698 charges should be moved. But in any case, it must be noted that an account of
699 a page or a swap can be moved only when it is charged to the task's current
700 (old) memory cgroup.
701
702   bit | what type of charges would be moved ?
703  -----+------------------------------------------------------------------------
704    0  | A charge of an anonymous page (or swap of it) used by the target task.
705       | You must enable Swap Extension (see 2.4) to enable move of swap charges.
706  -----+------------------------------------------------------------------------
707    1  | A charge of file pages (normal file, tmpfs file (e.g. ipc shared memory)
708       | and swaps of tmpfs file) mmapped by the target task. Unlike the case of
709       | anonymous pages, file pages (and swaps) in the range mmapped by the task
710       | will be moved even if the task hasn't done page fault, i.e. they might
711       | not be the task's "RSS", but other task's "RSS" that maps the same file.
712       | And mapcount of the page is ignored (the page can be moved even if
713       | page_mapcount(page) > 1). You must enable Swap Extension (see 2.4) to
714       | enable move of swap charges.
715
716 8.3 TODO
717
718 - All of moving charge operations are done under cgroup_mutex. It's not good
719   behavior to hold the mutex too long, so we may need some trick.
720
721 9. Memory thresholds
722
723 Memory cgroup implements memory thresholds using the cgroups notification
724 API (see cgroups.txt). It allows to register multiple memory and memsw
725 thresholds and gets notifications when it crosses.
726
727 To register a threshold, an application must:
728 - create an eventfd using eventfd(2);
729 - open memory.usage_in_bytes or memory.memsw.usage_in_bytes;
730 - write string like "<event_fd> <fd of memory.usage_in_bytes> <threshold>" to
731   cgroup.event_control.
732
733 Application will be notified through eventfd when memory usage crosses
734 threshold in any direction.
735
736 It's applicable for root and non-root cgroup.
737
738 10. OOM Control
739
740 memory.oom_control file is for OOM notification and other controls.
741
742 Memory cgroup implements OOM notifier using the cgroup notification
743 API (See cgroups.txt). It allows to register multiple OOM notification
744 delivery and gets notification when OOM happens.
745
746 To register a notifier, an application must:
747  - create an eventfd using eventfd(2)
748  - open memory.oom_control file
749  - write string like "<event_fd> <fd of memory.oom_control>" to
750    cgroup.event_control
751
752 The application will be notified through eventfd when OOM happens.
753 OOM notification doesn't work for the root cgroup.
754
755 You can disable the OOM-killer by writing "1" to memory.oom_control file, as:
756
757         #echo 1 > memory.oom_control
758
759 If OOM-killer is disabled, tasks under cgroup will hang/sleep
760 in memory cgroup's OOM-waitqueue when they request accountable memory.
761
762 For running them, you have to relax the memory cgroup's OOM status by
763         * enlarge limit or reduce usage.
764 To reduce usage,
765         * kill some tasks.
766         * move some tasks to other group with account migration.
767         * remove some files (on tmpfs?)
768
769 Then, stopped tasks will work again.
770
771 At reading, current status of OOM is shown.
772         oom_kill_disable 0 or 1 (if 1, oom-killer is disabled)
773         under_oom        0 or 1 (if 1, the memory cgroup is under OOM, tasks may
774                                  be stopped.)
775
776 11. Memory Pressure
777
778 The pressure level notifications can be used to monitor the memory
779 allocation cost; based on the pressure, applications can implement
780 different strategies of managing their memory resources. The pressure
781 levels are defined as following:
782
783 The "low" level means that the system is reclaiming memory for new
784 allocations. Monitoring this reclaiming activity might be useful for
785 maintaining cache level. Upon notification, the program (typically
786 "Activity Manager") might analyze vmstat and act in advance (i.e.
787 prematurely shutdown unimportant services).
788
789 The "medium" level means that the system is experiencing medium memory
790 pressure, the system might be making swap, paging out active file caches,
791 etc. Upon this event applications may decide to further analyze
792 vmstat/zoneinfo/memcg or internal memory usage statistics and free any
793 resources that can be easily reconstructed or re-read from a disk.
794
795 The "critical" level means that the system is actively thrashing, it is
796 about to out of memory (OOM) or even the in-kernel OOM killer is on its
797 way to trigger. Applications should do whatever they can to help the
798 system. It might be too late to consult with vmstat or any other
799 statistics, so it's advisable to take an immediate action.
800
801 The events are propagated upward until the event is handled, i.e. the
802 events are not pass-through. Here is what this means: for example you have
803 three cgroups: A->B->C. Now you set up an event listener on cgroups A, B
804 and C, and suppose group C experiences some pressure. In this situation,
805 only group C will receive the notification, i.e. groups A and B will not
806 receive it. This is done to avoid excessive "broadcasting" of messages,
807 which disturbs the system and which is especially bad if we are low on
808 memory or thrashing. So, organize the cgroups wisely, or propagate the
809 events manually (or, ask us to implement the pass-through events,
810 explaining why would you need them.)
811
812 The file memory.pressure_level is only used to setup an eventfd. To
813 register a notification, an application must:
814
815 - create an eventfd using eventfd(2);
816 - open memory.pressure_level;
817 - write string like "<event_fd> <fd of memory.pressure_level> <level>"
818   to cgroup.event_control.
819
820 Application will be notified through eventfd when memory pressure is at
821 the specific level (or higher). Read/write operations to
822 memory.pressure_level are no implemented.
823
824 Test:
825
826    Here is a small script example that makes a new cgroup, sets up a
827    memory limit, sets up a notification in the cgroup and then makes child
828    cgroup experience a critical pressure:
829
830    # cd /sys/fs/cgroup/memory/
831    # mkdir foo
832    # cd foo
833    # cgroup_event_listener memory.pressure_level low &
834    # echo 8000000 > memory.limit_in_bytes
835    # echo 8000000 > memory.memsw.limit_in_bytes
836    # echo $$ > tasks
837    # dd if=/dev/zero | read x
838
839    (Expect a bunch of notifications, and eventually, the oom-killer will
840    trigger.)
841
842 12. TODO
843
844 1. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
845 2. Teach controller to account for shared-pages
846 3. Start reclamation in the background when the limit is
847    not yet hit but the usage is getting closer
848
849 Summary
850
851 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
852 commented and discussed quite extensively in the community.
853
854 References
855
856 1. Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
857 2. Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
858    http://lwn.net/Articles/222762/
859 3. Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
860    http://lkml.org/lkml/2007/3/6/198
861 4. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
862    http://lkml.org/lkml/2007/4/9/78
863 5. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
864    http://lkml.org/lkml/2007/5/30/244
865 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
866 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
867    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
868 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
869    http://lkml.org/lkml/2007/5/17/232
870 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
871    http://lkml.org/lkml/2007/5/18/1
872 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
873     http://lkml.org/lkml/2007/8/19/36
874 11. Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
875     http://lkml.org/lkml/2007/8/17/69
876 12. Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
877     http://lwn.net/Articles/243795/