Merge branch 'for-linus-4.1' of git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/mason...
[sfrench/cifs-2.6.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3 NOTE: This document is hopelessly outdated and it asks for a complete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 With the Kernel memory extension, the Memory Controller is able to limit
279 the amount of kernel memory used by the system. Kernel memory is fundamentally
280 different than user memory, since it can't be swapped out, which makes it
281 possible to DoS the system by consuming too much of this precious resource.
282
283 Kernel memory won't be accounted at all until limit on a group is set. This
284 allows for existing setups to continue working without disruption.  The limit
285 cannot be set if the cgroup have children, or if there are already tasks in the
286 cgroup. Attempting to set the limit under those conditions will return -EBUSY.
287 When use_hierarchy == 1 and a group is accounted, its children will
288 automatically be accounted regardless of their limit value.
289
290 After a group is first limited, it will be kept being accounted until it
291 is removed. The memory limitation itself, can of course be removed by writing
292 -1 to memory.kmem.limit_in_bytes. In this case, kmem will be accounted, but not
293 limited.
294
295 Kernel memory limits are not imposed for the root cgroup. Usage for the root
296 cgroup may or may not be accounted. The memory used is accumulated into
297 memory.kmem.usage_in_bytes, or in a separate counter when it makes sense.
298 (currently only for tcp).
299 The main "kmem" counter is fed into the main counter, so kmem charges will
300 also be visible from the user counter.
301
302 Currently no soft limit is implemented for kernel memory. It is future work
303 to trigger slab reclaim when those limits are reached.
304
305 2.7.1 Current Kernel Memory resources accounted
306
307 * stack pages: every process consumes some stack pages. By accounting into
308 kernel memory, we prevent new processes from being created when the kernel
309 memory usage is too high.
310
311 * slab pages: pages allocated by the SLAB or SLUB allocator are tracked. A copy
312 of each kmem_cache is created every time the cache is touched by the first time
313 from inside the memcg. The creation is done lazily, so some objects can still be
314 skipped while the cache is being created. All objects in a slab page should
315 belong to the same memcg. This only fails to hold when a task is migrated to a
316 different memcg during the page allocation by the cache.
317
318 * sockets memory pressure: some sockets protocols have memory pressure
319 thresholds. The Memory Controller allows them to be controlled individually
320 per cgroup, instead of globally.
321
322 * tcp memory pressure: sockets memory pressure for the tcp protocol.
323
324 2.7.2 Common use cases
325
326 Because the "kmem" counter is fed to the main user counter, kernel memory can
327 never be limited completely independently of user memory. Say "U" is the user
328 limit, and "K" the kernel limit. There are three possible ways limits can be
329 set:
330
331     U != 0, K = unlimited:
332     This is the standard memcg limitation mechanism already present before kmem
333     accounting. Kernel memory is completely ignored.
334
335     U != 0, K < U:
336     Kernel memory is a subset of the user memory. This setup is useful in
337     deployments where the total amount of memory per-cgroup is overcommited.
338     Overcommiting kernel memory limits is definitely not recommended, since the
339     box can still run out of non-reclaimable memory.
340     In this case, the admin could set up K so that the sum of all groups is
341     never greater than the total memory, and freely set U at the cost of his
342     QoS.
343     WARNING: In the current implementation, memory reclaim will NOT be
344     triggered for a cgroup when it hits K while staying below U, which makes
345     this setup impractical.
346
347     U != 0, K >= U:
348     Since kmem charges will also be fed to the user counter and reclaim will be
349     triggered for the cgroup for both kinds of memory. This setup gives the
350     admin a unified view of memory, and it is also useful for people who just
351     want to track kernel memory usage.
352
353 3. User Interface
354
355 3.0. Configuration
356
357 a. Enable CONFIG_CGROUPS
358 b. Enable CONFIG_MEMCG
359 c. Enable CONFIG_MEMCG_SWAP (to use swap extension)
360 d. Enable CONFIG_MEMCG_KMEM (to use kmem extension)
361
362 3.1. Prepare the cgroups (see cgroups.txt, Why are cgroups needed?)
363 # mount -t tmpfs none /sys/fs/cgroup
364 # mkdir /sys/fs/cgroup/memory
365 # mount -t cgroup none /sys/fs/cgroup/memory -o memory
366
367 3.2. Make the new group and move bash into it
368 # mkdir /sys/fs/cgroup/memory/0
369 # echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/0/tasks
370
371 Since now we're in the 0 cgroup, we can alter the memory limit:
372 # echo 4M > /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
373
374 NOTE: We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
375 mega or gigabytes. (Here, Kilo, Mega, Giga are Kibibytes, Mebibytes, Gibibytes.)
376
377 NOTE: We can write "-1" to reset the *.limit_in_bytes(unlimited).
378 NOTE: We cannot set limits on the root cgroup any more.
379
380 # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
381 4194304
382
383 We can check the usage:
384 # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.usage_in_bytes
385 1216512
386
387 A successful write to this file does not guarantee a successful setting of
388 this limit to the value written into the file. This can be due to a
389 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
390 availability of memory on the system. The user is required to re-read
391 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel.
392
393 # echo 1 > memory.limit_in_bytes
394 # cat memory.limit_in_bytes
395 4096
396
397 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
398 exceeded.
399
400 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
401 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
402
403 4. Testing
404
405 For testing features and implementation, see memcg_test.txt.
406
407 Performance test is also important. To see pure memory controller's overhead,
408 testing on tmpfs will give you good numbers of small overheads.
409 Example: do kernel make on tmpfs.
410
411 Page-fault scalability is also important. At measuring parallel
412 page fault test, multi-process test may be better than multi-thread
413 test because it has noise of shared objects/status.
414
415 But the above two are testing extreme situations.
416 Trying usual test under memory controller is always helpful.
417
418 4.1 Troubleshooting
419
420 Sometimes a user might find that the application under a cgroup is
421 terminated by the OOM killer. There are several causes for this:
422
423 1. The cgroup limit is too low (just too low to do anything useful)
424 2. The user is using anonymous memory and swap is turned off or too low
425
426 A sync followed by echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches will help get rid of
427 some of the pages cached in the cgroup (page cache pages).
428
429 To know what happens, disabling OOM_Kill as per "10. OOM Control" (below) and
430 seeing what happens will be helpful.
431
432 4.2 Task migration
433
434 When a task migrates from one cgroup to another, its charge is not
435 carried forward by default. The pages allocated from the original cgroup still
436 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
437 reclaimed.
438
439 You can move charges of a task along with task migration.
440 See 8. "Move charges at task migration"
441
442 4.3 Removing a cgroup
443
444 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in sections 4.1 and 4.2, a
445 cgroup might have some charge associated with it, even though all
446 tasks have migrated away from it. (because we charge against pages, not
447 against tasks.)
448
449 We move the stats to root (if use_hierarchy==0) or parent (if
450 use_hierarchy==1), and no change on the charge except uncharging
451 from the child.
452
453 Charges recorded in swap information is not updated at removal of cgroup.
454 Recorded information is discarded and a cgroup which uses swap (swapcache)
455 will be charged as a new owner of it.
456
457 About use_hierarchy, see Section 6.
458
459 5. Misc. interfaces.
460
461 5.1 force_empty
462   memory.force_empty interface is provided to make cgroup's memory usage empty.
463   When writing anything to this
464
465   # echo 0 > memory.force_empty
466
467   the cgroup will be reclaimed and as many pages reclaimed as possible.
468
469   The typical use case for this interface is before calling rmdir().
470   Because rmdir() moves all pages to parent, some out-of-use page caches can be
471   moved to the parent. If you want to avoid that, force_empty will be useful.
472
473   Also, note that when memory.kmem.limit_in_bytes is set the charges due to
474   kernel pages will still be seen. This is not considered a failure and the
475   write will still return success. In this case, it is expected that
476   memory.kmem.usage_in_bytes == memory.usage_in_bytes.
477
478   About use_hierarchy, see Section 6.
479
480 5.2 stat file
481
482 memory.stat file includes following statistics
483
484 # per-memory cgroup local status
485 cache           - # of bytes of page cache memory.
486 rss             - # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes
487                 transparent hugepages).
488 rss_huge        - # of bytes of anonymous transparent hugepages.
489 mapped_file     - # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
490 pgpgin          - # of charging events to the memory cgroup. The charging
491                 event happens each time a page is accounted as either mapped
492                 anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
493 pgpgout         - # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging
494                 event happens each time a page is unaccounted from the cgroup.
495 swap            - # of bytes of swap usage
496 writeback       - # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to
497                 disk.
498 inactive_anon   - # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive
499                 LRU list.
500 active_anon     - # of bytes of anonymous and swap cache memory on active
501                 LRU list.
502 inactive_file   - # of bytes of file-backed memory on inactive LRU list.
503 active_file     - # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
504 unevictable     - # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).
505
506 # status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings)
507
508 hierarchical_memory_limit - # of bytes of memory limit with regard to hierarchy
509                         under which the memory cgroup is
510 hierarchical_memsw_limit - # of bytes of memory+swap limit with regard to
511                         hierarchy under which memory cgroup is.
512
513 total_<counter>         - # hierarchical version of <counter>, which in
514                         addition to the cgroup's own value includes the
515                         sum of all hierarchical children's values of
516                         <counter>, i.e. total_cache
517
518 # The following additional stats are dependent on CONFIG_DEBUG_VM.
519
520 recent_rotated_anon     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
521 recent_rotated_file     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
522 recent_scanned_anon     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
523 recent_scanned_file     - VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
524
525 Memo:
526         recent_rotated means recent frequency of LRU rotation.
527         recent_scanned means recent # of scans to LRU.
528         showing for better debug please see the code for meanings.
529
530 Note:
531         Only anonymous and swap cache memory is listed as part of 'rss' stat.
532         This should not be confused with the true 'resident set size' or the
533         amount of physical memory used by the cgroup.
534         'rss + file_mapped" will give you resident set size of cgroup.
535         (Note: file and shmem may be shared among other cgroups. In that case,
536          file_mapped is accounted only when the memory cgroup is owner of page
537          cache.)
538
539 5.3 swappiness
540
541 Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable
542 in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
543
544 Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim
545 enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if
546 there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer
547 if there are no file pages to reclaim.
548
549 5.4 failcnt
550
551 A memory cgroup provides memory.failcnt and memory.memsw.failcnt files.
552 This failcnt(== failure count) shows the number of times that a usage counter
553 hit its limit. When a memory cgroup hits a limit, failcnt increases and
554 memory under it will be reclaimed.
555
556 You can reset failcnt by writing 0 to failcnt file.
557 # echo 0 > .../memory.failcnt
558
559 5.5 usage_in_bytes
560
561 For efficiency, as other kernel components, memory cgroup uses some optimization
562 to avoid unnecessary cacheline false sharing. usage_in_bytes is affected by the
563 method and doesn't show 'exact' value of memory (and swap) usage, it's a fuzz
564 value for efficient access. (Of course, when necessary, it's synchronized.)
565 If you want to know more exact memory usage, you should use RSS+CACHE(+SWAP)
566 value in memory.stat(see 5.2).
567
568 5.6 numa_stat
569
570 This is similar to numa_maps but operates on a per-memcg basis.  This is
571 useful for providing visibility into the numa locality information within
572 an memcg since the pages are allowed to be allocated from any physical
573 node.  One of the use cases is evaluating application performance by
574 combining this information with the application's CPU allocation.
575
576 Each memcg's numa_stat file includes "total", "file", "anon" and "unevictable"
577 per-node page counts including "hierarchical_<counter>" which sums up all
578 hierarchical children's values in addition to the memcg's own value.
579
580 The output format of memory.numa_stat is:
581
582 total=<total pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
583 file=<total file pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
584 anon=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
585 unevictable=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
586 hierarchical_<counter>=<counter pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
587
588 The "total" count is sum of file + anon + unevictable.
589
590 6. Hierarchy support
591
592 The memory controller supports a deep hierarchy and hierarchical accounting.
593 The hierarchy is created by creating the appropriate cgroups in the
594 cgroup filesystem. Consider for example, the following cgroup filesystem
595 hierarchy
596
597                root
598              /  |   \
599             /   |    \
600            a    b     c
601                       | \
602                       |  \
603                       d   e
604
605 In the diagram above, with hierarchical accounting enabled, all memory
606 usage of e, is accounted to its ancestors up until the root (i.e, c and root),
607 that has memory.use_hierarchy enabled. If one of the ancestors goes over its
608 limit, the reclaim algorithm reclaims from the tasks in the ancestor and the
609 children of the ancestor.
610
611 6.1 Enabling hierarchical accounting and reclaim
612
613 A memory cgroup by default disables the hierarchy feature. Support
614 can be enabled by writing 1 to memory.use_hierarchy file of the root cgroup
615
616 # echo 1 > memory.use_hierarchy
617
618 The feature can be disabled by
619
620 # echo 0 > memory.use_hierarchy
621
622 NOTE1: Enabling/disabling will fail if either the cgroup already has other
623        cgroups created below it, or if the parent cgroup has use_hierarchy
624        enabled.
625
626 NOTE2: When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic in
627        case of an OOM event in any cgroup.
628
629 7. Soft limits
630
631 Soft limits allow for greater sharing of memory. The idea behind soft limits
632 is to allow control groups to use as much of the memory as needed, provided
633
634 a. There is no memory contention
635 b. They do not exceed their hard limit
636
637 When the system detects memory contention or low memory, control groups
638 are pushed back to their soft limits. If the soft limit of each control
639 group is very high, they are pushed back as much as possible to make
640 sure that one control group does not starve the others of memory.
641
642 Please note that soft limits is a best-effort feature; it comes with
643 no guarantees, but it does its best to make sure that when memory is
644 heavily contended for, memory is allocated based on the soft limit
645 hints/setup. Currently soft limit based reclaim is set up such that
646 it gets invoked from balance_pgdat (kswapd).
647
648 7.1 Interface
649
650 Soft limits can be setup by using the following commands (in this example we
651 assume a soft limit of 256 MiB)
652
653 # echo 256M > memory.soft_limit_in_bytes
654
655 If we want to change this to 1G, we can at any time use
656
657 # echo 1G > memory.soft_limit_in_bytes
658
659 NOTE1: Soft limits take effect over a long period of time, since they involve
660        reclaiming memory for balancing between memory cgroups
661 NOTE2: It is recommended to set the soft limit always below the hard limit,
662        otherwise the hard limit will take precedence.
663
664 8. Move charges at task migration
665
666 Users can move charges associated with a task along with task migration, that
667 is, uncharge task's pages from the old cgroup and charge them to the new cgroup.
668 This feature is not supported in !CONFIG_MMU environments because of lack of
669 page tables.
670
671 8.1 Interface
672
673 This feature is disabled by default. It can be enabled (and disabled again) by
674 writing to memory.move_charge_at_immigrate of the destination cgroup.
675
676 If you want to enable it:
677
678 # echo (some positive value) > memory.move_charge_at_immigrate
679
680 Note: Each bits of move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type
681       of charges should be moved. See 8.2 for details.
682 Note: Charges are moved only when you move mm->owner, in other words,
683       a leader of a thread group.
684 Note: If we cannot find enough space for the task in the destination cgroup, we
685       try to make space by reclaiming memory. Task migration may fail if we
686       cannot make enough space.
687 Note: It can take several seconds if you move charges much.
688
689 And if you want disable it again:
690
691 # echo 0 > memory.move_charge_at_immigrate
692
693 8.2 Type of charges which can be moved
694
695 Each bit in move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type of
696 charges should be moved. But in any case, it must be noted that an account of
697 a page or a swap can be moved only when it is charged to the task's current
698 (old) memory cgroup.
699
700   bit | what type of charges would be moved ?
701  -----+------------------------------------------------------------------------
702    0  | A charge of an anonymous page (or swap of it) used by the target task.
703       | You must enable Swap Extension (see 2.4) to enable move of swap charges.
704  -----+------------------------------------------------------------------------
705    1  | A charge of file pages (normal file, tmpfs file (e.g. ipc shared memory)
706       | and swaps of tmpfs file) mmapped by the target task. Unlike the case of
707       | anonymous pages, file pages (and swaps) in the range mmapped by the task
708       | will be moved even if the task hasn't done page fault, i.e. they might
709       | not be the task's "RSS", but other task's "RSS" that maps the same file.
710       | And mapcount of the page is ignored (the page can be moved even if
711       | page_mapcount(page) > 1). You must enable Swap Extension (see 2.4) to
712       | enable move of swap charges.
713
714 8.3 TODO
715
716 - All of moving charge operations are done under cgroup_mutex. It's not good
717   behavior to hold the mutex too long, so we may need some trick.
718
719 9. Memory thresholds
720
721 Memory cgroup implements memory thresholds using the cgroups notification
722 API (see cgroups.txt). It allows to register multiple memory and memsw
723 thresholds and gets notifications when it crosses.
724
725 To register a threshold, an application must:
726 - create an eventfd using eventfd(2);
727 - open memory.usage_in_bytes or memory.memsw.usage_in_bytes;
728 - write string like "<event_fd> <fd of memory.usage_in_bytes> <threshold>" to
729   cgroup.event_control.
730
731 Application will be notified through eventfd when memory usage crosses
732 threshold in any direction.
733
734 It's applicable for root and non-root cgroup.
735
736 10. OOM Control
737
738 memory.oom_control file is for OOM notification and other controls.
739
740 Memory cgroup implements OOM notifier using the cgroup notification
741 API (See cgroups.txt). It allows to register multiple OOM notification
742 delivery and gets notification when OOM happens.
743
744 To register a notifier, an application must:
745  - create an eventfd using eventfd(2)
746  - open memory.oom_control file
747  - write string like "<event_fd> <fd of memory.oom_control>" to
748    cgroup.event_control
749
750 The application will be notified through eventfd when OOM happens.
751 OOM notification doesn't work for the root cgroup.
752
753 You can disable the OOM-killer by writing "1" to memory.oom_control file, as:
754
755         #echo 1 > memory.oom_control
756
757 If OOM-killer is disabled, tasks under cgroup will hang/sleep
758 in memory cgroup's OOM-waitqueue when they request accountable memory.
759
760 For running them, you have to relax the memory cgroup's OOM status by
761         * enlarge limit or reduce usage.
762 To reduce usage,
763         * kill some tasks.
764         * move some tasks to other group with account migration.
765         * remove some files (on tmpfs?)
766
767 Then, stopped tasks will work again.
768
769 At reading, current status of OOM is shown.
770         oom_kill_disable 0 or 1 (if 1, oom-killer is disabled)
771         under_oom        0 or 1 (if 1, the memory cgroup is under OOM, tasks may
772                                  be stopped.)
773
774 11. Memory Pressure
775
776 The pressure level notifications can be used to monitor the memory
777 allocation cost; based on the pressure, applications can implement
778 different strategies of managing their memory resources. The pressure
779 levels are defined as following:
780
781 The "low" level means that the system is reclaiming memory for new
782 allocations. Monitoring this reclaiming activity might be useful for
783 maintaining cache level. Upon notification, the program (typically
784 "Activity Manager") might analyze vmstat and act in advance (i.e.
785 prematurely shutdown unimportant services).
786
787 The "medium" level means that the system is experiencing medium memory
788 pressure, the system might be making swap, paging out active file caches,
789 etc. Upon this event applications may decide to further analyze
790 vmstat/zoneinfo/memcg or internal memory usage statistics and free any
791 resources that can be easily reconstructed or re-read from a disk.
792
793 The "critical" level means that the system is actively thrashing, it is
794 about to out of memory (OOM) or even the in-kernel OOM killer is on its
795 way to trigger. Applications should do whatever they can to help the
796 system. It might be too late to consult with vmstat or any other
797 statistics, so it's advisable to take an immediate action.
798
799 The events are propagated upward until the event is handled, i.e. the
800 events are not pass-through. Here is what this means: for example you have
801 three cgroups: A->B->C. Now you set up an event listener on cgroups A, B
802 and C, and suppose group C experiences some pressure. In this situation,
803 only group C will receive the notification, i.e. groups A and B will not
804 receive it. This is done to avoid excessive "broadcasting" of messages,
805 which disturbs the system and which is especially bad if we are low on
806 memory or thrashing. So, organize the cgroups wisely, or propagate the
807 events manually (or, ask us to implement the pass-through events,
808 explaining why would you need them.)
809
810 The file memory.pressure_level is only used to setup an eventfd. To
811 register a notification, an application must:
812
813 - create an eventfd using eventfd(2);
814 - open memory.pressure_level;
815 - write string like "<event_fd> <fd of memory.pressure_level> <level>"
816   to cgroup.event_control.
817
818 Application will be notified through eventfd when memory pressure is at
819 the specific level (or higher). Read/write operations to
820 memory.pressure_level are no implemented.
821
822 Test:
823
824    Here is a small script example that makes a new cgroup, sets up a
825    memory limit, sets up a notification in the cgroup and then makes child
826    cgroup experience a critical pressure:
827
828    # cd /sys/fs/cgroup/memory/
829    # mkdir foo
830    # cd foo
831    # cgroup_event_listener memory.pressure_level low &
832    # echo 8000000 > memory.limit_in_bytes
833    # echo 8000000 > memory.memsw.limit_in_bytes
834    # echo $$ > tasks
835    # dd if=/dev/zero | read x
836
837    (Expect a bunch of notifications, and eventually, the oom-killer will
838    trigger.)
839
840 12. TODO
841
842 1. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
843 2. Teach controller to account for shared-pages
844 3. Start reclamation in the background when the limit is
845    not yet hit but the usage is getting closer
846
847 Summary
848
849 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
850 commented and discussed quite extensively in the community.
851
852 References
853
854 1. Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
855 2. Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
856    http://lwn.net/Articles/222762/
857 3. Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
858    http://lkml.org/lkml/2007/3/6/198
859 4. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
860    http://lkml.org/lkml/2007/4/9/78
861 5. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
862    http://lkml.org/lkml/2007/5/30/244
863 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
864 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
865    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
866 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
867    http://lkml.org/lkml/2007/5/17/232
868 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
869    http://lkml.org/lkml/2007/5/18/1
870 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
871     http://lkml.org/lkml/2007/8/19/36
872 11. Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
873     http://lkml.org/lkml/2007/8/17/69
874 12. Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
875     http://lwn.net/Articles/243795/