41bdc038dad97f2963068c4ea229efbc5d144d0e
[linux-2.6-block.git] / Documentation / admin-guide / cgroup-v1 / memory.rst
1 ==========================
2 Memory Resource Controller
3 ==========================
4
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6       This document is hopelessly outdated and it asks for a complete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.
10
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.
15
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.
21
22 Benefits and Purpose of the memory controller
23 =============================================
24
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
28
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).
41
42 Current Status: linux-2.6.34-mmotm(development version of 2010/April)
43
44 Features:
45
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.
56
57  Kernel memory support is a work in progress, and the current version provides
58  basically functionality. (See Section 2.7)
59
60 Brief summary of control files.
61
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  memory.force_empty                  trigger forced page reclaim
81  memory.pressure_level               set memory pressure notifications
82  memory.swappiness                   set/show swappiness parameter of vmscan
83                                      (See sysctl's vm.swappiness)
84  memory.move_charge_at_immigrate     set/show controls of moving charges
85  memory.oom_control                  set/show oom controls.
86  memory.numa_stat                    show the number of memory usage per numa
87                                      node
88
89  memory.kmem.limit_in_bytes          set/show hard limit for kernel memory
90  memory.kmem.usage_in_bytes          show current kernel memory allocation
91  memory.kmem.failcnt                 show the number of kernel memory usage
92                                      hits limits
93  memory.kmem.max_usage_in_bytes      show max kernel memory usage recorded
94
95  memory.kmem.tcp.limit_in_bytes      set/show hard limit for tcp buf memory
96  memory.kmem.tcp.usage_in_bytes      show current tcp buf memory allocation
97  memory.kmem.tcp.failcnt             show the number of tcp buf memory usage
98                                      hits limits
99  memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes  show max tcp buf memory usage recorded
100 ==================================== ==========================================
101
102 1. History
103 ==========
104
105 The memory controller has a long history. A request for comments for the memory
106 controller was posted by Balbir Singh [1]. At the time the RFC was posted
107 there were several implementations for memory control. The goal of the
108 RFC was to build consensus and agreement for the minimal features required
109 for memory control. The first RSS controller was posted by Balbir Singh[2]
110 in Feb 2007. Pavel Emelianov [3][4][5] has since posted three versions of the
111 RSS controller. At OLS, at the resource management BoF, everyone suggested
112 that we handle both page cache and RSS together. Another request was raised
113 to allow user space handling of OOM. The current memory controller is
114 at version 6; it combines both mapped (RSS) and unmapped Page
115 Cache Control [11].
116
117 2. Memory Control
118 =================
119
120 Memory is a unique resource in the sense that it is present in a limited
121 amount. If a task requires a lot of CPU processing, the task can spread
122 its processing over a period of hours, days, months or years, but with
123 memory, the same physical memory needs to be reused to accomplish the task.
124
125 The memory controller implementation has been divided into phases. These
126 are:
127
128 1. Memory controller
129 2. mlock(2) controller
130 3. Kernel user memory accounting and slab control
131 4. user mappings length controller
132
133 The memory controller is the first controller developed.
134
135 2.1. Design
136 -----------
137
138 The core of the design is a counter called the page_counter. The
139 page_counter tracks the current memory usage and limit of the group of
140 processes associated with the controller. Each cgroup has a memory controller
141 specific data structure (mem_cgroup) associated with it.
142
143 2.2. Accounting
144 ---------------
145
146 ::
147
148                 +--------------------+
149                 |  mem_cgroup        |
150                 |  (page_counter)    |
151                 +--------------------+
152                  /            ^      \
153                 /             |       \
154            +---------------+  |        +---------------+
155            | mm_struct     |  |....    | mm_struct     |
156            |               |  |        |               |
157            +---------------+  |        +---------------+
158                               |
159                               + --------------+
160                                               |
161            +---------------+           +------+--------+
162            | page          +---------->  page_cgroup|
163            |               |           |               |
164            +---------------+           +---------------+
165
166              (Figure 1: Hierarchy of Accounting)
167
168
169 Figure 1 shows the important aspects of the controller
170
171 1. Accounting happens per cgroup
172 2. Each mm_struct knows about which cgroup it belongs to
173 3. Each page has a pointer to the page_cgroup, which in turn knows the
174    cgroup it belongs to
175
176 The accounting is done as follows: mem_cgroup_charge_common() is invoked to
177 set up the necessary data structures and check if the cgroup that is being
178 charged is over its limit. If it is, then reclaim is invoked on the cgroup.
179 More details can be found in the reclaim section of this document.
180 If everything goes well, a page meta-data-structure called page_cgroup is
181 updated. page_cgroup has its own LRU on cgroup.
182 (*) page_cgroup structure is allocated at boot/memory-hotplug time.
183
184 2.2.1 Accounting details
185 ------------------------
186
187 All mapped anon pages (RSS) and cache pages (Page Cache) are accounted.
188 Some pages which are never reclaimable and will not be on the LRU
189 are not accounted. We just account pages under usual VM management.
190
191 RSS pages are accounted at page_fault unless they've already been accounted
192 for earlier. A file page will be accounted for as Page Cache when it's
193 inserted into inode (radix-tree). While it's mapped into the page tables of
194 processes, duplicate accounting is carefully avoided.
195
196 An RSS page is unaccounted when it's fully unmapped. A PageCache page is
197 unaccounted when it's removed from radix-tree. Even if RSS pages are fully
198 unmapped (by kswapd), they may exist as SwapCache in the system until they
199 are really freed. Such SwapCaches are also accounted.
200 A swapped-in page is not accounted until it's mapped.
201
202 Note: The kernel does swapin-readahead and reads multiple swaps at once.
203 This means swapped-in pages may contain pages for other tasks than a task
204 causing page fault. So, we avoid accounting at swap-in I/O.
205
206 At page migration, accounting information is kept.
207
208 Note: we just account pages-on-LRU because our purpose is to control amount
209 of used pages; not-on-LRU pages tend to be out-of-control from VM view.
210
211 2.3 Shared Page Accounting
212 --------------------------
213
214 Shared pages are accounted on the basis of the first touch approach. The
215 cgroup that first touches a page is accounted for the page. The principle
216 behind this approach is that a cgroup that aggressively uses a shared
217 page will eventually get charged for it (once it is uncharged from
218 the cgroup that brought it in -- this will happen on memory pressure).
219
220 But see section 8.2: when moving a task to another cgroup, its pages may
221 be recharged to the new cgroup, if move_charge_at_immigrate has been chosen.
222
223 Exception: If CONFIG_MEMCG_SWAP is not used.
224 When you do swapoff and make swapped-out pages of shmem(tmpfs) to
225 be backed into memory in force, charges for pages are accounted against the
226 caller of swapoff rather than the users of shmem.
227
228 2.4 Swap Extension (CONFIG_MEMCG_SWAP)
229 --------------------------------------
230
231 Swap Extension allows you to record charge for swap. A swapped-in page is
232 charged back to original page allocator if possible.
233
234 When swap is accounted, following files are added.
235
236  - memory.memsw.usage_in_bytes.
237  - memory.memsw.limit_in_bytes.
238
239 memsw means memory+swap. Usage of memory+swap is limited by
240 memsw.limit_in_bytes.
241
242 Example: Assume a system with 4G of swap. A task which allocates 6G of memory
243 (by mistake) under 2G memory limitation will use all swap.
244 In this case, setting memsw.limit_in_bytes=3G will prevent bad use of swap.
245 By using the memsw limit, you can avoid system OOM which can be caused by swap
246 shortage.
247
248 **why 'memory+swap' rather than swap**
249
250 The global LRU(kswapd) can swap out arbitrary pages. Swap-out means
251 to move account from memory to swap...there is no change in usage of
252 memory+swap. In other words, when we want to limit the usage of swap without
253 affecting global LRU, memory+swap limit is better than just limiting swap from
254 an OS point of view.
255
256 **What happens when a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes**
257
258 When a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes, it's useless to do swap-out
259 in this cgroup. Then, swap-out will not be done by cgroup routine and file
260 caches are dropped. But as mentioned above, global LRU can do swapout memory
261 from it for sanity of the system's memory management state. You can't forbid
262 it by cgroup.
263
264 2.5 Reclaim
265 -----------
266
267 Each cgroup maintains a per cgroup LRU which has the same structure as
268 global VM. When a cgroup goes over its limit, we first try
269 to reclaim memory from the cgroup so as to make space for the new
270 pages that the cgroup has touched. If the reclaim is unsuccessful,
271 an OOM routine is invoked to select and kill the bulkiest task in the
272 cgroup. (See 10. OOM Control below.)
273
274 The reclaim algorithm has not been modified for cgroups, except that
275 pages that are selected for reclaiming come from the per-cgroup LRU
276 list.
277
278 NOTE:
279   Reclaim does not work for the root cgroup, since we cannot set any
280   limits on the root cgroup.
281
282 Note2:
283   When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic.
284
285 When oom event notifier is registered, event will be delivered.
286 (See oom_control section)
287
288 2.6 Locking
289 -----------
290
291    lock_page_cgroup()/unlock_page_cgroup() should not be called under
292    the i_pages lock.
293
294    Other lock order is following:
295
296    PG_locked.
297      mm->page_table_lock
298          pgdat->lru_lock
299            lock_page_cgroup.
300
301   In many cases, just lock_page_cgroup() is called.
302
303   per-zone-per-cgroup LRU (cgroup's private LRU) is just guarded by
304   pgdat->lru_lock, it has no lock of its own.
305
306 2.7 Kernel Memory Extension (CONFIG_MEMCG_KMEM)
307 -----------------------------------------------
308
309 With the Kernel memory extension, the Memory Controller is able to limit
310 the amount of kernel memory used by the system. Kernel memory is fundamentally
311 different than user memory, since it can't be swapped out, which makes it
312 possible to DoS the system by consuming too much of this precious resource.
313
314 Kernel memory accounting is enabled for all memory cgroups by default. But
315 it can be disabled system-wide by passing cgroup.memory=nokmem to the kernel
316 at boot time. In this case, kernel memory will not be accounted at all.
317
318 Kernel memory limits are not imposed for the root cgroup. Usage for the root
319 cgroup may or may not be accounted. The memory used is accumulated into
320 memory.kmem.usage_in_bytes, or in a separate counter when it makes sense.
321 (currently only for tcp).
322
323 The main "kmem" counter is fed into the main counter, so kmem charges will
324 also be visible from the user counter.
325
326 Currently no soft limit is implemented for kernel memory. It is future work
327 to trigger slab reclaim when those limits are reached.
328
329 2.7.1 Current Kernel Memory resources accounted
330 -----------------------------------------------
331
332 stack pages:
333   every process consumes some stack pages. By accounting into
334   kernel memory, we prevent new processes from being created when the kernel
335   memory usage is too high.
336
337 slab pages:
338   pages allocated by the SLAB or SLUB allocator are tracked. A copy
339   of each kmem_cache is created every time the cache is touched by the first time
340   from inside the memcg. The creation is done lazily, so some objects can still be
341   skipped while the cache is being created. All objects in a slab page should
342   belong to the same memcg. This only fails to hold when a task is migrated to a
343   different memcg during the page allocation by the cache.
344
345 sockets memory pressure:
346   some sockets protocols have memory pressure
347   thresholds. The Memory Controller allows them to be controlled individually
348   per cgroup, instead of globally.
349
350 tcp memory pressure:
351   sockets memory pressure for the tcp protocol.
352
353 2.7.2 Common use cases
354 ----------------------
355
356 Because the "kmem" counter is fed to the main user counter, kernel memory can
357 never be limited completely independently of user memory. Say "U" is the user
358 limit, and "K" the kernel limit. There are three possible ways limits can be
359 set:
360
361 U != 0, K = unlimited:
362     This is the standard memcg limitation mechanism already present before kmem
363     accounting. Kernel memory is completely ignored.
364
365 U != 0, K < U:
366     Kernel memory is a subset of the user memory. This setup is useful in
367     deployments where the total amount of memory per-cgroup is overcommited.
368     Overcommiting kernel memory limits is definitely not recommended, since the
369     box can still run out of non-reclaimable memory.
370     In this case, the admin could set up K so that the sum of all groups is
371     never greater than the total memory, and freely set U at the cost of his
372     QoS.
373
374 WARNING:
375     In the current implementation, memory reclaim will NOT be
376     triggered for a cgroup when it hits K while staying below U, which makes
377     this setup impractical.
378
379 U != 0, K >= U:
380     Since kmem charges will also be fed to the user counter and reclaim will be
381     triggered for the cgroup for both kinds of memory. This setup gives the
382     admin a unified view of memory, and it is also useful for people who just
383     want to track kernel memory usage.
384
385 3. User Interface
386 =================
387
388 3.0. Configuration
389 ------------------
390
391 a. Enable CONFIG_CGROUPS
392 b. Enable CONFIG_MEMCG
393 c. Enable CONFIG_MEMCG_SWAP (to use swap extension)
394 d. Enable CONFIG_MEMCG_KMEM (to use kmem extension)
395
396 3.1. Prepare the cgroups (see cgroups.txt, Why are cgroups needed?)
397 -------------------------------------------------------------------
398
399 ::
400
401         # mount -t tmpfs none /sys/fs/cgroup
402         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory
403         # mount -t cgroup none /sys/fs/cgroup/memory -o memory
404
405 3.2. Make the new group and move bash into it::
406
407         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory/0
408         # echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/0/tasks
409
410 Since now we're in the 0 cgroup, we can alter the memory limit::
411
412         # echo 4M > /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
413
414 NOTE:
415   We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
416   mega or gigabytes. (Here, Kilo, Mega, Giga are Kibibytes, Mebibytes,
417   Gibibytes.)
418
419 NOTE:
420   We can write "-1" to reset the ``*.limit_in_bytes(unlimited)``.
421
422 NOTE:
423   We cannot set limits on the root cgroup any more.
424
425 ::
426
427   # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
428   4194304
429
430 We can check the usage::
431
432   # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.usage_in_bytes
433   1216512
434
435 A successful write to this file does not guarantee a successful setting of
436 this limit to the value written into the file. This can be due to a
437 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
438 availability of memory on the system. The user is required to re-read
439 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel::
440
441   # echo 1 > memory.limit_in_bytes
442   # cat memory.limit_in_bytes
443   4096
444
445 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
446 exceeded.
447
448 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
449 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
450
451 4. Testing
452 ==========
453
454 For testing features and implementation, see memcg_test.txt.
455
456 Performance test is also important. To see pure memory controller's overhead,
457 testing on tmpfs will give you good numbers of small overheads.
458 Example: do kernel make on tmpfs.
459
460 Page-fault scalability is also important. At measuring parallel
461 page fault test, multi-process test may be better than multi-thread
462 test because it has noise of shared objects/status.
463
464 But the above two are testing extreme situations.
465 Trying usual test under memory controller is always helpful.
466
467 4.1 Troubleshooting
468 -------------------
469
470 Sometimes a user might find that the application under a cgroup is
471 terminated by the OOM killer. There are several causes for this:
472
473 1. The cgroup limit is too low (just too low to do anything useful)
474 2. The user is using anonymous memory and swap is turned off or too low
475
476 A sync followed by echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches will help get rid of
477 some of the pages cached in the cgroup (page cache pages).
478
479 To know what happens, disabling OOM_Kill as per "10. OOM Control" (below) and
480 seeing what happens will be helpful.
481
482 4.2 Task migration
483 ------------------
484
485 When a task migrates from one cgroup to another, its charge is not
486 carried forward by default. The pages allocated from the original cgroup still
487 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
488 reclaimed.
489
490 You can move charges of a task along with task migration.
491 See 8. "Move charges at task migration"
492
493 4.3 Removing a cgroup
494 ---------------------
495
496 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in sections 4.1 and 4.2, a
497 cgroup might have some charge associated with it, even though all
498 tasks have migrated away from it. (because we charge against pages, not
499 against tasks.)
500
501 We move the stats to root (if use_hierarchy==0) or parent (if
502 use_hierarchy==1), and no change on the charge except uncharging
503 from the child.
504
505 Charges recorded in swap information is not updated at removal of cgroup.
506 Recorded information is discarded and a cgroup which uses swap (swapcache)
507 will be charged as a new owner of it.
508
509 About use_hierarchy, see Section 6.
510
511 5. Misc. interfaces
512 ===================
513
514 5.1 force_empty
515 ---------------
516   memory.force_empty interface is provided to make cgroup's memory usage empty.
517   When writing anything to this::
518
519     # echo 0 > memory.force_empty
520
521   the cgroup will be reclaimed and as many pages reclaimed as possible.
522
523   The typical use case for this interface is before calling rmdir().
524   Though rmdir() offlines memcg, but the memcg may still stay there due to
525   charged file caches. Some out-of-use page caches may keep charged until
526   memory pressure happens. If you want to avoid that, force_empty will be useful.
527
528   Also, note that when memory.kmem.limit_in_bytes is set the charges due to
529   kernel pages will still be seen. This is not considered a failure and the
530   write will still return success. In this case, it is expected that
531   memory.kmem.usage_in_bytes == memory.usage_in_bytes.
532
533   About use_hierarchy, see Section 6.
534
535 5.2 stat file
536 -------------
537
538 memory.stat file includes following statistics
539
540 per-memory cgroup local status
541 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
542
543 =============== ===============================================================
544 cache           # of bytes of page cache memory.
545 rss             # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes
546                 transparent hugepages).
547 rss_huge        # of bytes of anonymous transparent hugepages.
548 mapped_file     # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
549 pgpgin          # of charging events to the memory cgroup. The charging
550                 event happens each time a page is accounted as either mapped
551                 anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
552 pgpgout         # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging
553                 event happens each time a page is unaccounted from the cgroup.
554 swap            # of bytes of swap usage
555 dirty           # of bytes that are waiting to get written back to the disk.
556 writeback       # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to
557                 disk.
558 inactive_anon   # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive
559                 LRU list.
560 active_anon     # of bytes of anonymous and swap cache memory on active
561                 LRU list.
562 inactive_file   # of bytes of file-backed memory on inactive LRU list.
563 active_file     # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
564 unevictable     # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).
565 =============== ===============================================================
566
567 status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings)
568 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
569
570 ========================= ===================================================
571 hierarchical_memory_limit # of bytes of memory limit with regard to hierarchy
572                           under which the memory cgroup is
573 hierarchical_memsw_limit  # of bytes of memory+swap limit with regard to
574                           hierarchy under which memory cgroup is.
575
576 total_<counter>           # hierarchical version of <counter>, which in
577                           addition to the cgroup's own value includes the
578                           sum of all hierarchical children's values of
579                           <counter>, i.e. total_cache
580 ========================= ===================================================
581
582 The following additional stats are dependent on CONFIG_DEBUG_VM
583 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
584
585 ========================= ========================================
586 recent_rotated_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
587 recent_rotated_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
588 recent_scanned_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
589 recent_scanned_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
590 ========================= ========================================
591
592 Memo:
593         recent_rotated means recent frequency of LRU rotation.
594         recent_scanned means recent # of scans to LRU.
595         showing for better debug please see the code for meanings.
596
597 Note:
598         Only anonymous and swap cache memory is listed as part of 'rss' stat.
599         This should not be confused with the true 'resident set size' or the
600         amount of physical memory used by the cgroup.
601
602         'rss + mapped_file" will give you resident set size of cgroup.
603
604         (Note: file and shmem may be shared among other cgroups. In that case,
605         mapped_file is accounted only when the memory cgroup is owner of page
606         cache.)
607
608 5.3 swappiness
609 --------------
610
611 Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable
612 in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
613
614 Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim
615 enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if
616 there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer
617 if there are no file pages to reclaim.
618
619 5.4 failcnt
620 -----------
621
622 A memory cgroup provides memory.failcnt and memory.memsw.failcnt files.
623 This failcnt(== failure count) shows the number of times that a usage counter
624 hit its limit. When a memory cgroup hits a limit, failcnt increases and
625 memory under it will be reclaimed.
626
627 You can reset failcnt by writing 0 to failcnt file::
628
629         # echo 0 > .../memory.failcnt
630
631 5.5 usage_in_bytes
632 ------------------
633
634 For efficiency, as other kernel components, memory cgroup uses some optimization
635 to avoid unnecessary cacheline false sharing. usage_in_bytes is affected by the
636 method and doesn't show 'exact' value of memory (and swap) usage, it's a fuzz
637 value for efficient access. (Of course, when necessary, it's synchronized.)
638 If you want to know more exact memory usage, you should use RSS+CACHE(+SWAP)
639 value in memory.stat(see 5.2).
640
641 5.6 numa_stat
642 -------------
643
644 This is similar to numa_maps but operates on a per-memcg basis.  This is
645 useful for providing visibility into the numa locality information within
646 an memcg since the pages are allowed to be allocated from any physical
647 node.  One of the use cases is evaluating application performance by
648 combining this information with the application's CPU allocation.
649
650 Each memcg's numa_stat file includes "total", "file", "anon" and "unevictable"
651 per-node page counts including "hierarchical_<counter>" which sums up all
652 hierarchical children's values in addition to the memcg's own value.
653
654 The output format of memory.numa_stat is::
655
656   total=<total pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
657   file=<total file pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
658   anon=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
659   unevictable=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
660   hierarchical_<counter>=<counter pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
661
662 The "total" count is sum of file + anon + unevictable.
663
664 6. Hierarchy support
665 ====================
666
667 The memory controller supports a deep hierarchy and hierarchical accounting.
668 The hierarchy is created by creating the appropriate cgroups in the
669 cgroup filesystem. Consider for example, the following cgroup filesystem
670 hierarchy::
671
672                root
673              /  |   \
674             /   |    \
675            a    b     c
676                       | \
677                       |  \
678                       d   e
679
680 In the diagram above, with hierarchical accounting enabled, all memory
681 usage of e, is accounted to its ancestors up until the root (i.e, c and root),
682 that has memory.use_hierarchy enabled. If one of the ancestors goes over its
683 limit, the reclaim algorithm reclaims from the tasks in the ancestor and the
684 children of the ancestor.
685
686 6.1 Enabling hierarchical accounting and reclaim
687 ------------------------------------------------
688
689 A memory cgroup by default disables the hierarchy feature. Support
690 can be enabled by writing 1 to memory.use_hierarchy file of the root cgroup::
691
692         # echo 1 > memory.use_hierarchy
693
694 The feature can be disabled by::
695
696         # echo 0 > memory.use_hierarchy
697
698 NOTE1:
699        Enabling/disabling will fail if either the cgroup already has other
700        cgroups created below it, or if the parent cgroup has use_hierarchy
701        enabled.
702
703 NOTE2:
704        When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic in
705        case of an OOM event in any cgroup.
706
707 7. Soft limits
708 ==============
709
710 Soft limits allow for greater sharing of memory. The idea behind soft limits
711 is to allow control groups to use as much of the memory as needed, provided
712
713 a. There is no memory contention
714 b. They do not exceed their hard limit
715
716 When the system detects memory contention or low memory, control groups
717 are pushed back to their soft limits. If the soft limit of each control
718 group is very high, they are pushed back as much as possible to make
719 sure that one control group does not starve the others of memory.
720
721 Please note that soft limits is a best-effort feature; it comes with
722 no guarantees, but it does its best to make sure that when memory is
723 heavily contended for, memory is allocated based on the soft limit
724 hints/setup. Currently soft limit based reclaim is set up such that
725 it gets invoked from balance_pgdat (kswapd).
726
727 7.1 Interface
728 -------------
729
730 Soft limits can be setup by using the following commands (in this example we
731 assume a soft limit of 256 MiB)::
732
733         # echo 256M > memory.soft_limit_in_bytes
734
735 If we want to change this to 1G, we can at any time use::
736
737         # echo 1G > memory.soft_limit_in_bytes
738
739 NOTE1:
740        Soft limits take effect over a long period of time, since they involve
741        reclaiming memory for balancing between memory cgroups
742 NOTE2:
743        It is recommended to set the soft limit always below the hard limit,
744        otherwise the hard limit will take precedence.
745
746 8. Move charges at task migration
747 =================================
748
749 Users can move charges associated with a task along with task migration, that
750 is, uncharge task's pages from the old cgroup and charge them to the new cgroup.
751 This feature is not supported in !CONFIG_MMU environments because of lack of
752 page tables.
753
754 8.1 Interface
755 -------------
756
757 This feature is disabled by default. It can be enabled (and disabled again) by
758 writing to memory.move_charge_at_immigrate of the destination cgroup.
759
760 If you want to enable it::
761
762         # echo (some positive value) > memory.move_charge_at_immigrate
763
764 Note:
765       Each bits of move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type
766       of charges should be moved. See 8.2 for details.
767 Note:
768       Charges are moved only when you move mm->owner, in other words,
769       a leader of a thread group.
770 Note:
771       If we cannot find enough space for the task in the destination cgroup, we
772       try to make space by reclaiming memory. Task migration may fail if we
773       cannot make enough space.
774 Note:
775       It can take several seconds if you move charges much.
776
777 And if you want disable it again::
778
779         # echo 0 > memory.move_charge_at_immigrate
780
781 8.2 Type of charges which can be moved
782 --------------------------------------
783
784 Each bit in move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type of
785 charges should be moved. But in any case, it must be noted that an account of
786 a page or a swap can be moved only when it is charged to the task's current
787 (old) memory cgroup.
788
789 +---+--------------------------------------------------------------------------+
790 |bit| what type of charges would be moved ?                                    |
791 +===+==========================================================================+
792 | 0 | A charge of an anonymous page (or swap of it) used by the target task.   |
793 |   | You must enable Swap Extension (see 2.4) to enable move of swap charges. |
794 +---+--------------------------------------------------------------------------+
795 | 1 | A charge of file pages (normal file, tmpfs file (e.g. ipc shared memory) |
796 |   | and swaps of tmpfs file) mmapped by the target task. Unlike the case of  |
797 |   | anonymous pages, file pages (and swaps) in the range mmapped by the task |
798 |   | will be moved even if the task hasn't done page fault, i.e. they might   |
799 |   | not be the task's "RSS", but other task's "RSS" that maps the same file. |
800 |   | And mapcount of the page is ignored (the page can be moved even if       |
801 |   | page_mapcount(page) > 1). You must enable Swap Extension (see 2.4) to    |
802 |   | enable move of swap charges.                                             |
803 +---+--------------------------------------------------------------------------+
804
805 8.3 TODO
806 --------
807
808 - All of moving charge operations are done under cgroup_mutex. It's not good
809   behavior to hold the mutex too long, so we may need some trick.
810
811 9. Memory thresholds
812 ====================
813
814 Memory cgroup implements memory thresholds using the cgroups notification
815 API (see cgroups.txt). It allows to register multiple memory and memsw
816 thresholds and gets notifications when it crosses.
817
818 To register a threshold, an application must:
819
820 - create an eventfd using eventfd(2);
821 - open memory.usage_in_bytes or memory.memsw.usage_in_bytes;
822 - write string like "<event_fd> <fd of memory.usage_in_bytes> <threshold>" to
823   cgroup.event_control.
824
825 Application will be notified through eventfd when memory usage crosses
826 threshold in any direction.
827
828 It's applicable for root and non-root cgroup.
829
830 10. OOM Control
831 ===============
832
833 memory.oom_control file is for OOM notification and other controls.
834
835 Memory cgroup implements OOM notifier using the cgroup notification
836 API (See cgroups.txt). It allows to register multiple OOM notification
837 delivery and gets notification when OOM happens.
838
839 To register a notifier, an application must:
840
841  - create an eventfd using eventfd(2)
842  - open memory.oom_control file
843  - write string like "<event_fd> <fd of memory.oom_control>" to
844    cgroup.event_control
845
846 The application will be notified through eventfd when OOM happens.
847 OOM notification doesn't work for the root cgroup.
848
849 You can disable the OOM-killer by writing "1" to memory.oom_control file, as:
850
851         #echo 1 > memory.oom_control
852
853 If OOM-killer is disabled, tasks under cgroup will hang/sleep
854 in memory cgroup's OOM-waitqueue when they request accountable memory.
855
856 For running them, you have to relax the memory cgroup's OOM status by
857
858         * enlarge limit or reduce usage.
859
860 To reduce usage,
861
862         * kill some tasks.
863         * move some tasks to other group with account migration.
864         * remove some files (on tmpfs?)
865
866 Then, stopped tasks will work again.
867
868 At reading, current status of OOM is shown.
869
870         - oom_kill_disable 0 or 1
871           (if 1, oom-killer is disabled)
872         - under_oom        0 or 1
873           (if 1, the memory cgroup is under OOM, tasks may be stopped.)
874
875 11. Memory Pressure
876 ===================
877
878 The pressure level notifications can be used to monitor the memory
879 allocation cost; based on the pressure, applications can implement
880 different strategies of managing their memory resources. The pressure
881 levels are defined as following:
882
883 The "low" level means that the system is reclaiming memory for new
884 allocations. Monitoring this reclaiming activity might be useful for
885 maintaining cache level. Upon notification, the program (typically
886 "Activity Manager") might analyze vmstat and act in advance (i.e.
887 prematurely shutdown unimportant services).
888
889 The "medium" level means that the system is experiencing medium memory
890 pressure, the system might be making swap, paging out active file caches,
891 etc. Upon this event applications may decide to further analyze
892 vmstat/zoneinfo/memcg or internal memory usage statistics and free any
893 resources that can be easily reconstructed or re-read from a disk.
894
895 The "critical" level means that the system is actively thrashing, it is
896 about to out of memory (OOM) or even the in-kernel OOM killer is on its
897 way to trigger. Applications should do whatever they can to help the
898 system. It might be too late to consult with vmstat or any other
899 statistics, so it's advisable to take an immediate action.
900
901 By default, events are propagated upward until the event is handled, i.e. the
902 events are not pass-through. For example, you have three cgroups: A->B->C. Now
903 you set up an event listener on cgroups A, B and C, and suppose group C
904 experiences some pressure. In this situation, only group C will receive the
905 notification, i.e. groups A and B will not receive it. This is done to avoid
906 excessive "broadcasting" of messages, which disturbs the system and which is
907 especially bad if we are low on memory or thrashing. Group B, will receive
908 notification only if there are no event listers for group C.
909
910 There are three optional modes that specify different propagation behavior:
911
912  - "default": this is the default behavior specified above. This mode is the
913    same as omitting the optional mode parameter, preserved by backwards
914    compatibility.
915
916  - "hierarchy": events always propagate up to the root, similar to the default
917    behavior, except that propagation continues regardless of whether there are
918    event listeners at each level, with the "hierarchy" mode. In the above
919    example, groups A, B, and C will receive notification of memory pressure.
920
921  - "local": events are pass-through, i.e. they only receive notifications when
922    memory pressure is experienced in the memcg for which the notification is
923    registered. In the above example, group C will receive notification if
924    registered for "local" notification and the group experiences memory
925    pressure. However, group B will never receive notification, regardless if
926    there is an event listener for group C or not, if group B is registered for
927    local notification.
928
929 The level and event notification mode ("hierarchy" or "local", if necessary) are
930 specified by a comma-delimited string, i.e. "low,hierarchy" specifies
931 hierarchical, pass-through, notification for all ancestor memcgs. Notification
932 that is the default, non pass-through behavior, does not specify a mode.
933 "medium,local" specifies pass-through notification for the medium level.
934
935 The file memory.pressure_level is only used to setup an eventfd. To
936 register a notification, an application must:
937
938 - create an eventfd using eventfd(2);
939 - open memory.pressure_level;
940 - write string as "<event_fd> <fd of memory.pressure_level> <level[,mode]>"
941   to cgroup.event_control.
942
943 Application will be notified through eventfd when memory pressure is at
944 the specific level (or higher). Read/write operations to
945 memory.pressure_level are no implemented.
946
947 Test:
948
949    Here is a small script example that makes a new cgroup, sets up a
950    memory limit, sets up a notification in the cgroup and then makes child
951    cgroup experience a critical pressure::
952
953         # cd /sys/fs/cgroup/memory/
954         # mkdir foo
955         # cd foo
956         # cgroup_event_listener memory.pressure_level low,hierarchy &
957         # echo 8000000 > memory.limit_in_bytes
958         # echo 8000000 > memory.memsw.limit_in_bytes
959         # echo $$ > tasks
960         # dd if=/dev/zero | read x
961
962    (Expect a bunch of notifications, and eventually, the oom-killer will
963    trigger.)
964
965 12. TODO
966 ========
967
968 1. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
969 2. Teach controller to account for shared-pages
970 3. Start reclamation in the background when the limit is
971    not yet hit but the usage is getting closer
972
973 Summary
974 =======
975
976 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
977 commented and discussed quite extensively in the community.
978
979 References
980 ==========
981
982 1. Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
983 2. Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
984    http://lwn.net/Articles/222762/
985 3. Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
986    http://lkml.org/lkml/2007/3/6/198
987 4. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
988    http://lkml.org/lkml/2007/4/9/78
989 5. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
990    http://lkml.org/lkml/2007/5/30/244
991 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
992 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
993    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
994 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
995    http://lkml.org/lkml/2007/5/17/232
996 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
997    http://lkml.org/lkml/2007/5/18/1
998 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
999     http://lkml.org/lkml/2007/8/19/36
1000 11. Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
1001     http://lkml.org/lkml/2007/8/17/69
1002 12. Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
1003     http://lwn.net/Articles/243795/