Merge tag 'rtc-5.3' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/abelloni/linux
[sfrench/cifs-2.6.git] / Documentation / admin-guide / cgroup-v1 / memcg_test.rst
1 =====================================================
2 Memory Resource Controller(Memcg) Implementation Memo
3 =====================================================
4
5 Last Updated: 2010/2
6
7 Base Kernel Version: based on 2.6.33-rc7-mm(candidate for 34).
8
9 Because VM is getting complex (one of reasons is memcg...), memcg's behavior
10 is complex. This is a document for memcg's internal behavior.
11 Please note that implementation details can be changed.
12
13 (*) Topics on API should be in Documentation/admin-guide/cgroup-v1/memory.rst)
14
15 0. How to record usage ?
16 ========================
17
18    2 objects are used.
19
20    page_cgroup ....an object per page.
21
22         Allocated at boot or memory hotplug. Freed at memory hot removal.
23
24    swap_cgroup ... an entry per swp_entry.
25
26         Allocated at swapon(). Freed at swapoff().
27
28    The page_cgroup has USED bit and double count against a page_cgroup never
29    occurs. swap_cgroup is used only when a charged page is swapped-out.
30
31 1. Charge
32 =========
33
34    a page/swp_entry may be charged (usage += PAGE_SIZE) at
35
36         mem_cgroup_try_charge()
37
38 2. Uncharge
39 ===========
40
41   a page/swp_entry may be uncharged (usage -= PAGE_SIZE) by
42
43         mem_cgroup_uncharge()
44           Called when a page's refcount goes down to 0.
45
46         mem_cgroup_uncharge_swap()
47           Called when swp_entry's refcnt goes down to 0. A charge against swap
48           disappears.
49
50 3. charge-commit-cancel
51 =======================
52
53         Memcg pages are charged in two steps:
54
55                 - mem_cgroup_try_charge()
56                 - mem_cgroup_commit_charge() or mem_cgroup_cancel_charge()
57
58         At try_charge(), there are no flags to say "this page is charged".
59         at this point, usage += PAGE_SIZE.
60
61         At commit(), the page is associated with the memcg.
62
63         At cancel(), simply usage -= PAGE_SIZE.
64
65 Under below explanation, we assume CONFIG_MEM_RES_CTRL_SWAP=y.
66
67 4. Anonymous
68 ============
69
70         Anonymous page is newly allocated at
71                   - page fault into MAP_ANONYMOUS mapping.
72                   - Copy-On-Write.
73
74         4.1 Swap-in.
75         At swap-in, the page is taken from swap-cache. There are 2 cases.
76
77         (a) If the SwapCache is newly allocated and read, it has no charges.
78         (b) If the SwapCache has been mapped by processes, it has been
79             charged already.
80
81         4.2 Swap-out.
82         At swap-out, typical state transition is below.
83
84         (a) add to swap cache. (marked as SwapCache)
85             swp_entry's refcnt += 1.
86         (b) fully unmapped.
87             swp_entry's refcnt += # of ptes.
88         (c) write back to swap.
89         (d) delete from swap cache. (remove from SwapCache)
90             swp_entry's refcnt -= 1.
91
92
93         Finally, at task exit,
94         (e) zap_pte() is called and swp_entry's refcnt -=1 -> 0.
95
96 5. Page Cache
97 =============
98
99         Page Cache is charged at
100         - add_to_page_cache_locked().
101
102         The logic is very clear. (About migration, see below)
103
104         Note:
105           __remove_from_page_cache() is called by remove_from_page_cache()
106           and __remove_mapping().
107
108 6. Shmem(tmpfs) Page Cache
109 ===========================
110
111         The best way to understand shmem's page state transition is to read
112         mm/shmem.c.
113
114         But brief explanation of the behavior of memcg around shmem will be
115         helpful to understand the logic.
116
117         Shmem's page (just leaf page, not direct/indirect block) can be on
118
119                 - radix-tree of shmem's inode.
120                 - SwapCache.
121                 - Both on radix-tree and SwapCache. This happens at swap-in
122                   and swap-out,
123
124         It's charged when...
125
126         - A new page is added to shmem's radix-tree.
127         - A swp page is read. (move a charge from swap_cgroup to page_cgroup)
128
129 7. Page Migration
130 =================
131
132         mem_cgroup_migrate()
133
134 8. LRU
135 ======
136         Each memcg has its own private LRU. Now, its handling is under global
137         VM's control (means that it's handled under global pgdat->lru_lock).
138         Almost all routines around memcg's LRU is called by global LRU's
139         list management functions under pgdat->lru_lock.
140
141         A special function is mem_cgroup_isolate_pages(). This scans
142         memcg's private LRU and call __isolate_lru_page() to extract a page
143         from LRU.
144
145         (By __isolate_lru_page(), the page is removed from both of global and
146         private LRU.)
147
148
149 9. Typical Tests.
150 =================
151
152  Tests for racy cases.
153
154 9.1 Small limit to memcg.
155 -------------------------
156
157         When you do test to do racy case, it's good test to set memcg's limit
158         to be very small rather than GB. Many races found in the test under
159         xKB or xxMB limits.
160
161         (Memory behavior under GB and Memory behavior under MB shows very
162         different situation.)
163
164 9.2 Shmem
165 ---------
166
167         Historically, memcg's shmem handling was poor and we saw some amount
168         of troubles here. This is because shmem is page-cache but can be
169         SwapCache. Test with shmem/tmpfs is always good test.
170
171 9.3 Migration
172 -------------
173
174         For NUMA, migration is an another special case. To do easy test, cpuset
175         is useful. Following is a sample script to do migration::
176
177                 mount -t cgroup -o cpuset none /opt/cpuset
178
179                 mkdir /opt/cpuset/01
180                 echo 1 > /opt/cpuset/01/cpuset.cpus
181                 echo 0 > /opt/cpuset/01/cpuset.mems
182                 echo 1 > /opt/cpuset/01/cpuset.memory_migrate
183                 mkdir /opt/cpuset/02
184                 echo 1 > /opt/cpuset/02/cpuset.cpus
185                 echo 1 > /opt/cpuset/02/cpuset.mems
186                 echo 1 > /opt/cpuset/02/cpuset.memory_migrate
187
188         In above set, when you moves a task from 01 to 02, page migration to
189         node 0 to node 1 will occur. Following is a script to migrate all
190         under cpuset.::
191
192                 --
193                 move_task()
194                 {
195                 for pid in $1
196                 do
197                         /bin/echo $pid >$2/tasks 2>/dev/null
198                         echo -n $pid
199                         echo -n " "
200                 done
201                 echo END
202                 }
203
204                 G1_TASK=`cat ${G1}/tasks`
205                 G2_TASK=`cat ${G2}/tasks`
206                 move_task "${G1_TASK}" ${G2} &
207                 --
208
209 9.4 Memory hotplug
210 ------------------
211
212         memory hotplug test is one of good test.
213
214         to offline memory, do following::
215
216                 # echo offline > /sys/devices/system/memory/memoryXXX/state
217
218         (XXX is the place of memory)
219
220         This is an easy way to test page migration, too.
221
222 9.5 mkdir/rmdir
223 ---------------
224
225         When using hierarchy, mkdir/rmdir test should be done.
226         Use tests like the following::
227
228                 echo 1 >/opt/cgroup/01/memory/use_hierarchy
229                 mkdir /opt/cgroup/01/child_a
230                 mkdir /opt/cgroup/01/child_b
231
232                 set limit to 01.
233                 add limit to 01/child_b
234                 run jobs under child_a and child_b
235
236         create/delete following groups at random while jobs are running::
237
238                 /opt/cgroup/01/child_a/child_aa
239                 /opt/cgroup/01/child_b/child_bb
240                 /opt/cgroup/01/child_c
241
242         running new jobs in new group is also good.
243
244 9.6 Mount with other subsystems
245 -------------------------------
246
247         Mounting with other subsystems is a good test because there is a
248         race and lock dependency with other cgroup subsystems.
249
250         example::
251
252                 # mount -t cgroup none /cgroup -o cpuset,memory,cpu,devices
253
254         and do task move, mkdir, rmdir etc...under this.
255
256 9.7 swapoff
257 -----------
258
259         Besides management of swap is one of complicated parts of memcg,
260         call path of swap-in at swapoff is not same as usual swap-in path..
261         It's worth to be tested explicitly.
262
263         For example, test like following is good:
264
265         (Shell-A)::
266
267                 # mount -t cgroup none /cgroup -o memory
268                 # mkdir /cgroup/test
269                 # echo 40M > /cgroup/test/memory.limit_in_bytes
270                 # echo 0 > /cgroup/test/tasks
271
272         Run malloc(100M) program under this. You'll see 60M of swaps.
273
274         (Shell-B)::
275
276                 # move all tasks in /cgroup/test to /cgroup
277                 # /sbin/swapoff -a
278                 # rmdir /cgroup/test
279                 # kill malloc task.
280
281         Of course, tmpfs v.s. swapoff test should be tested, too.
282
283 9.8 OOM-Killer
284 --------------
285
286         Out-of-memory caused by memcg's limit will kill tasks under
287         the memcg. When hierarchy is used, a task under hierarchy
288         will be killed by the kernel.
289
290         In this case, panic_on_oom shouldn't be invoked and tasks
291         in other groups shouldn't be killed.
292
293         It's not difficult to cause OOM under memcg as following.
294
295         Case A) when you can swapoff::
296
297                 #swapoff -a
298                 #echo 50M > /memory.limit_in_bytes
299
300         run 51M of malloc
301
302         Case B) when you use mem+swap limitation::
303
304                 #echo 50M > memory.limit_in_bytes
305                 #echo 50M > memory.memsw.limit_in_bytes
306
307         run 51M of malloc
308
309 9.9 Move charges at task migration
310 ----------------------------------
311
312         Charges associated with a task can be moved along with task migration.
313
314         (Shell-A)::
315
316                 #mkdir /cgroup/A
317                 #echo $$ >/cgroup/A/tasks
318
319         run some programs which uses some amount of memory in /cgroup/A.
320
321         (Shell-B)::
322
323                 #mkdir /cgroup/B
324                 #echo 1 >/cgroup/B/memory.move_charge_at_immigrate
325                 #echo "pid of the program running in group A" >/cgroup/B/tasks
326
327         You can see charges have been moved by reading ``*.usage_in_bytes`` or
328         memory.stat of both A and B.
329
330         See 8.2 of Documentation/admin-guide/cgroup-v1/memory.rst to see what value should
331         be written to move_charge_at_immigrate.
332
333 9.10 Memory thresholds
334 ----------------------
335
336         Memory controller implements memory thresholds using cgroups notification
337         API. You can use tools/cgroup/cgroup_event_listener.c to test it.
338
339         (Shell-A) Create cgroup and run event listener::
340
341                 # mkdir /cgroup/A
342                 # ./cgroup_event_listener /cgroup/A/memory.usage_in_bytes 5M
343
344         (Shell-B) Add task to cgroup and try to allocate and free memory::
345
346                 # echo $$ >/cgroup/A/tasks
347                 # a="$(dd if=/dev/zero bs=1M count=10)"
348                 # a=
349
350         You will see message from cgroup_event_listener every time you cross
351         the thresholds.
352
353         Use /cgroup/A/memory.memsw.usage_in_bytes to test memsw thresholds.
354
355         It's good idea to test root cgroup as well.