fabaad3fd9c212ddbbf9ca665ca79b61f3bd0d09
[platform/kernel/linux-rpi.git] / Documentation / admin-guide / cgroup-v1 / memory.rst
1 ==========================
2 Memory Resource Controller
3 ==========================
4
5 .. caution::
6       This document is hopelessly outdated and it asks for a complete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 .. hint::
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 :ref:`section 2.7
59  <cgroup-v1-memory-kernel-extension>`)
60
61 Brief summary of control files.
62
63 ==================================== ==========================================
64  tasks                               attach a task(thread) and show list of
65                                      threads
66  cgroup.procs                        show list of processes
67  cgroup.event_control                an interface for event_fd()
68                                      This knob is not available on CONFIG_PREEMPT_RT systems.
69  memory.usage_in_bytes               show current usage for memory
70                                      (See 5.5 for details)
71  memory.memsw.usage_in_bytes         show current usage for memory+Swap
72                                      (See 5.5 for details)
73  memory.limit_in_bytes               set/show limit of memory usage
74  memory.memsw.limit_in_bytes         set/show limit of memory+Swap usage
75  memory.failcnt                      show the number of memory usage hits limits
76  memory.memsw.failcnt                show the number of memory+Swap hits limits
77  memory.max_usage_in_bytes           show max memory usage recorded
78  memory.memsw.max_usage_in_bytes     show max memory+Swap usage recorded
79  memory.soft_limit_in_bytes          set/show soft limit of memory usage
80                                      This knob is not available on CONFIG_PREEMPT_RT systems.
81  memory.stat                         show various statistics
82  memory.use_hierarchy                set/show hierarchical account enabled
83                                      This knob is deprecated and shouldn't be
84                                      used.
85  memory.force_empty                  trigger forced page reclaim
86  memory.pressure_level               set memory pressure notifications
87  memory.swappiness                   set/show swappiness parameter of vmscan
88                                      (See sysctl's vm.swappiness)
89  memory.move_charge_at_immigrate     set/show controls of moving charges
90                                      This knob is deprecated and shouldn't be
91                                      used.
92  memory.oom_control                  set/show oom controls.
93  memory.numa_stat                    show the number of memory usage per numa
94                                      node
95  memory.kmem.limit_in_bytes          This knob is deprecated and writing to
96                                      it will return -ENOTSUPP.
97  memory.kmem.usage_in_bytes          show current kernel memory allocation
98  memory.kmem.failcnt                 show the number of kernel memory usage
99                                      hits limits
100  memory.kmem.max_usage_in_bytes      show max kernel memory usage recorded
101
102  memory.kmem.tcp.limit_in_bytes      set/show hard limit for tcp buf memory
103  memory.kmem.tcp.usage_in_bytes      show current tcp buf memory allocation
104  memory.kmem.tcp.failcnt             show the number of tcp buf memory usage
105                                      hits limits
106  memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes  show max tcp buf memory usage recorded
107 ==================================== ==========================================
108
109 1. History
110 ==========
111
112 The memory controller has a long history. A request for comments for the memory
113 controller was posted by Balbir Singh [1]_. At the time the RFC was posted
114 there were several implementations for memory control. The goal of the
115 RFC was to build consensus and agreement for the minimal features required
116 for memory control. The first RSS controller was posted by Balbir Singh [2]_
117 in Feb 2007. Pavel Emelianov [3]_ [4]_ [5]_ has since posted three versions
118 of the RSS controller. At OLS, at the resource management BoF, everyone
119 suggested that we handle both page cache and RSS together. Another request was
120 raised to allow user space handling of OOM. The current memory controller is
121 at version 6; it combines both mapped (RSS) and unmapped Page
122 Cache Control [11]_.
123
124 2. Memory Control
125 =================
126
127 Memory is a unique resource in the sense that it is present in a limited
128 amount. If a task requires a lot of CPU processing, the task can spread
129 its processing over a period of hours, days, months or years, but with
130 memory, the same physical memory needs to be reused to accomplish the task.
131
132 The memory controller implementation has been divided into phases. These
133 are:
134
135 1. Memory controller
136 2. mlock(2) controller
137 3. Kernel user memory accounting and slab control
138 4. user mappings length controller
139
140 The memory controller is the first controller developed.
141
142 2.1. Design
143 -----------
144
145 The core of the design is a counter called the page_counter. The
146 page_counter tracks the current memory usage and limit of the group of
147 processes associated with the controller. Each cgroup has a memory controller
148 specific data structure (mem_cgroup) associated with it.
149
150 2.2. Accounting
151 ---------------
152
153 .. code-block::
154    :caption: Figure 1: Hierarchy of Accounting
155
156                 +--------------------+
157                 |  mem_cgroup        |
158                 |  (page_counter)    |
159                 +--------------------+
160                  /            ^      \
161                 /             |       \
162            +---------------+  |        +---------------+
163            | mm_struct     |  |....    | mm_struct     |
164            |               |  |        |               |
165            +---------------+  |        +---------------+
166                               |
167                               + --------------+
168                                               |
169            +---------------+           +------+--------+
170            | page          +---------->  page_cgroup|
171            |               |           |               |
172            +---------------+           +---------------+
173
174
175
176 Figure 1 shows the important aspects of the controller
177
178 1. Accounting happens per cgroup
179 2. Each mm_struct knows about which cgroup it belongs to
180 3. Each page has a pointer to the page_cgroup, which in turn knows the
181    cgroup it belongs to
182
183 The accounting is done as follows: mem_cgroup_charge_common() is invoked to
184 set up the necessary data structures and check if the cgroup that is being
185 charged is over its limit. If it is, then reclaim is invoked on the cgroup.
186 More details can be found in the reclaim section of this document.
187 If everything goes well, a page meta-data-structure called page_cgroup is
188 updated. page_cgroup has its own LRU on cgroup.
189 (*) page_cgroup structure is allocated at boot/memory-hotplug time.
190
191 2.2.1 Accounting details
192 ------------------------
193
194 All mapped anon pages (RSS) and cache pages (Page Cache) are accounted.
195 Some pages which are never reclaimable and will not be on the LRU
196 are not accounted. We just account pages under usual VM management.
197
198 RSS pages are accounted at page_fault unless they've already been accounted
199 for earlier. A file page will be accounted for as Page Cache when it's
200 inserted into inode (radix-tree). While it's mapped into the page tables of
201 processes, duplicate accounting is carefully avoided.
202
203 An RSS page is unaccounted when it's fully unmapped. A PageCache page is
204 unaccounted when it's removed from radix-tree. Even if RSS pages are fully
205 unmapped (by kswapd), they may exist as SwapCache in the system until they
206 are really freed. Such SwapCaches are also accounted.
207 A swapped-in page is accounted after adding into swapcache.
208
209 Note: The kernel does swapin-readahead and reads multiple swaps at once.
210 Since page's memcg recorded into swap whatever memsw enabled, the page will
211 be accounted after swapin.
212
213 At page migration, accounting information is kept.
214
215 Note: we just account pages-on-LRU because our purpose is to control amount
216 of used pages; not-on-LRU pages tend to be out-of-control from VM view.
217
218 2.3 Shared Page Accounting
219 --------------------------
220
221 Shared pages are accounted on the basis of the first touch approach. The
222 cgroup that first touches a page is accounted for the page. The principle
223 behind this approach is that a cgroup that aggressively uses a shared
224 page will eventually get charged for it (once it is uncharged from
225 the cgroup that brought it in -- this will happen on memory pressure).
226
227 But see :ref:`section 8.2 <cgroup-v1-memory-movable-charges>` when moving a
228 task to another cgroup, its pages may be recharged to the new cgroup, if
229 move_charge_at_immigrate has been chosen.
230
231 2.4 Swap Extension
232 --------------------------------------
233
234 Swap usage is always recorded for each of cgroup. Swap Extension allows you to
235 read and limit it.
236
237 When CONFIG_SWAP is enabled, following files are added.
238
239  - memory.memsw.usage_in_bytes.
240  - memory.memsw.limit_in_bytes.
241
242 memsw means memory+swap. Usage of memory+swap is limited by
243 memsw.limit_in_bytes.
244
245 Example: Assume a system with 4G of swap. A task which allocates 6G of memory
246 (by mistake) under 2G memory limitation will use all swap.
247 In this case, setting memsw.limit_in_bytes=3G will prevent bad use of swap.
248 By using the memsw limit, you can avoid system OOM which can be caused by swap
249 shortage.
250
251 2.4.1 why 'memory+swap' rather than swap
252 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
253
254 The global LRU(kswapd) can swap out arbitrary pages. Swap-out means
255 to move account from memory to swap...there is no change in usage of
256 memory+swap. In other words, when we want to limit the usage of swap without
257 affecting global LRU, memory+swap limit is better than just limiting swap from
258 an OS point of view.
259
260 2.4.2. What happens when a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes
261 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
262
263 When a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes, it's useless to do swap-out
264 in this cgroup. Then, swap-out will not be done by cgroup routine and file
265 caches are dropped. But as mentioned above, global LRU can do swapout memory
266 from it for sanity of the system's memory management state. You can't forbid
267 it by cgroup.
268
269 2.5 Reclaim
270 -----------
271
272 Each cgroup maintains a per cgroup LRU which has the same structure as
273 global VM. When a cgroup goes over its limit, we first try
274 to reclaim memory from the cgroup so as to make space for the new
275 pages that the cgroup has touched. If the reclaim is unsuccessful,
276 an OOM routine is invoked to select and kill the bulkiest task in the
277 cgroup. (See :ref:`10. OOM Control <cgroup-v1-memory-oom-control>` below.)
278
279 The reclaim algorithm has not been modified for cgroups, except that
280 pages that are selected for reclaiming come from the per-cgroup LRU
281 list.
282
283 .. note::
284    Reclaim does not work for the root cgroup, since we cannot set any
285    limits on the root cgroup.
286
287 .. note::
288    When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic.
289
290 When oom event notifier is registered, event will be delivered.
291 (See :ref:`oom_control <cgroup-v1-memory-oom-control>` section)
292
293 2.6 Locking
294 -----------
295
296 Lock order is as follows::
297
298   Page lock (PG_locked bit of page->flags)
299     mm->page_table_lock or split pte_lock
300       folio_memcg_lock (memcg->move_lock)
301         mapping->i_pages lock
302           lruvec->lru_lock.
303
304 Per-node-per-memcgroup LRU (cgroup's private LRU) is guarded by
305 lruvec->lru_lock; PG_lru bit of page->flags is cleared before
306 isolating a page from its LRU under lruvec->lru_lock.
307
308 .. _cgroup-v1-memory-kernel-extension:
309
310 2.7 Kernel Memory Extension
311 -----------------------------------------------
312
313 With the Kernel memory extension, the Memory Controller is able to limit
314 the amount of kernel memory used by the system. Kernel memory is fundamentally
315 different than user memory, since it can't be swapped out, which makes it
316 possible to DoS the system by consuming too much of this precious resource.
317
318 Kernel memory accounting is enabled for all memory cgroups by default. But
319 it can be disabled system-wide by passing cgroup.memory=nokmem to the kernel
320 at boot time. In this case, kernel memory will not be accounted at all.
321
322 Kernel memory limits are not imposed for the root cgroup. Usage for the root
323 cgroup may or may not be accounted. The memory used is accumulated into
324 memory.kmem.usage_in_bytes, or in a separate counter when it makes sense.
325 (currently only for tcp).
326
327 The main "kmem" counter is fed into the main counter, so kmem charges will
328 also be visible from the user counter.
329
330 Currently no soft limit is implemented for kernel memory. It is future work
331 to trigger slab reclaim when those limits are reached.
332
333 2.7.1 Current Kernel Memory resources accounted
334 -----------------------------------------------
335
336 stack pages:
337   every process consumes some stack pages. By accounting into
338   kernel memory, we prevent new processes from being created when the kernel
339   memory usage is too high.
340
341 slab pages:
342   pages allocated by the SLAB or SLUB allocator are tracked. A copy
343   of each kmem_cache is created every time the cache is touched by the first time
344   from inside the memcg. The creation is done lazily, so some objects can still be
345   skipped while the cache is being created. All objects in a slab page should
346   belong to the same memcg. This only fails to hold when a task is migrated to a
347   different memcg during the page allocation by the cache.
348
349 sockets memory pressure:
350   some sockets protocols have memory pressure
351   thresholds. The Memory Controller allows them to be controlled individually
352   per cgroup, instead of globally.
353
354 tcp memory pressure:
355   sockets memory pressure for the tcp protocol.
356
357 2.7.2 Common use cases
358 ----------------------
359
360 Because the "kmem" counter is fed to the main user counter, kernel memory can
361 never be limited completely independently of user memory. Say "U" is the user
362 limit, and "K" the kernel limit. There are three possible ways limits can be
363 set:
364
365 U != 0, K = unlimited:
366     This is the standard memcg limitation mechanism already present before kmem
367     accounting. Kernel memory is completely ignored.
368
369 U != 0, K < U:
370     Kernel memory is a subset of the user memory. This setup is useful in
371     deployments where the total amount of memory per-cgroup is overcommitted.
372     Overcommitting kernel memory limits is definitely not recommended, since the
373     box can still run out of non-reclaimable memory.
374     In this case, the admin could set up K so that the sum of all groups is
375     never greater than the total memory, and freely set U at the cost of his
376     QoS.
377
378     .. warning::
379        In the current implementation, memory reclaim will NOT be triggered for
380        a cgroup when it hits K while staying below U, which makes this setup
381        impractical.
382
383 U != 0, K >= U:
384     Since kmem charges will also be fed to the user counter and reclaim will be
385     triggered for the cgroup for both kinds of memory. This setup gives the
386     admin a unified view of memory, and it is also useful for people who just
387     want to track kernel memory usage.
388
389 3. User Interface
390 =================
391
392 To use the user interface:
393
394 1. Enable CONFIG_CGROUPS and CONFIG_MEMCG options
395 2. Prepare the cgroups (see :ref:`Why are cgroups needed?
396    <cgroups-why-needed>` for the background information)::
397
398         # mount -t tmpfs none /sys/fs/cgroup
399         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory
400         # mount -t cgroup none /sys/fs/cgroup/memory -o memory
401
402 3. Make the new group and move bash into it::
403
404         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory/0
405         # echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/0/tasks
406
407 4. Since now we're in the 0 cgroup, we can alter the memory limit::
408
409         # echo 4M > /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
410
411    The limit can now be queried::
412
413         # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
414         4194304
415
416 .. note::
417    We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
418    mega or gigabytes. (Here, Kilo, Mega, Giga are Kibibytes, Mebibytes,
419    Gibibytes.)
420
421 .. note::
422    We can write "-1" to reset the ``*.limit_in_bytes(unlimited)``.
423
424 .. note::
425    We cannot set limits on the root cgroup any more.
426
427
428 We can check the usage::
429
430   # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.usage_in_bytes
431   1216512
432
433 A successful write to this file does not guarantee a successful setting of
434 this limit to the value written into the file. This can be due to a
435 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
436 availability of memory on the system. The user is required to re-read
437 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel::
438
439   # echo 1 > memory.limit_in_bytes
440   # cat memory.limit_in_bytes
441   4096
442
443 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
444 exceeded.
445
446 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
447 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
448
449 4. Testing
450 ==========
451
452 For testing features and implementation, see memcg_test.txt.
453
454 Performance test is also important. To see pure memory controller's overhead,
455 testing on tmpfs will give you good numbers of small overheads.
456 Example: do kernel make on tmpfs.
457
458 Page-fault scalability is also important. At measuring parallel
459 page fault test, multi-process test may be better than multi-thread
460 test because it has noise of shared objects/status.
461
462 But the above two are testing extreme situations.
463 Trying usual test under memory controller is always helpful.
464
465 .. _cgroup-v1-memory-test-troubleshoot:
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 :ref:`"10. OOM Control"
480 <cgroup-v1-memory-oom-control>` (below) and seeing what happens will be
481 helpful.
482
483 .. _cgroup-v1-memory-test-task-migration:
484
485 4.2 Task migration
486 ------------------
487
488 When a task migrates from one cgroup to another, its charge is not
489 carried forward by default. The pages allocated from the original cgroup still
490 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
491 reclaimed.
492
493 You can move charges of a task along with task migration.
494 See :ref:`8. "Move charges at task migration" <cgroup-v1-memory-move-charges>`
495
496 4.3 Removing a cgroup
497 ---------------------
498
499 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in :ref:`sections 4.1
500 <cgroup-v1-memory-test-troubleshoot>` and :ref:`4.2
501 <cgroup-v1-memory-test-task-migration>`, a cgroup might have some charge
502 associated with it, even though all tasks have migrated away from it. (because
503 we charge against pages, not against tasks.)
504
505 We move the stats to parent, and no change on the charge except uncharging
506 from the child.
507
508 Charges recorded in swap information is not updated at removal of cgroup.
509 Recorded information is discarded and a cgroup which uses swap (swapcache)
510 will be charged as a new owner of it.
511
512 5. Misc. interfaces
513 ===================
514
515 5.1 force_empty
516 ---------------
517   memory.force_empty interface is provided to make cgroup's memory usage empty.
518   When writing anything to this::
519
520     # echo 0 > memory.force_empty
521
522   the cgroup will be reclaimed and as many pages reclaimed as possible.
523
524   The typical use case for this interface is before calling rmdir().
525   Though rmdir() offlines memcg, but the memcg may still stay there due to
526   charged file caches. Some out-of-use page caches may keep charged until
527   memory pressure happens. If you want to avoid that, force_empty will be useful.
528
529 5.2 stat file
530 -------------
531
532 memory.stat file includes following statistics:
533
534   * per-memory cgroup local status
535
536     =============== ===============================================================
537     cache           # of bytes of page cache memory.
538     rss             # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes
539                     transparent hugepages).
540     rss_huge        # of bytes of anonymous transparent hugepages.
541     mapped_file     # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
542     pgpgin          # of charging events to the memory cgroup. The charging
543                     event happens each time a page is accounted as either mapped
544                     anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
545     pgpgout         # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging
546                     event happens each time a page is unaccounted from the
547                     cgroup.
548     swap            # of bytes of swap usage
549     dirty           # of bytes that are waiting to get written back to the disk.
550     writeback       # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to
551                     disk.
552     inactive_anon   # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive
553                     LRU list.
554     active_anon     # of bytes of anonymous and swap cache memory on active
555                     LRU list.
556     inactive_file   # of bytes of file-backed memory and MADV_FREE anonymous
557                     memory (LazyFree pages) on inactive LRU list.
558     active_file     # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
559     unevictable     # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).
560     =============== ===============================================================
561
562   * status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings):
563
564     ========================= ===================================================
565     hierarchical_memory_limit # of bytes of memory limit with regard to
566                               hierarchy
567                               under which the memory cgroup is
568     hierarchical_memsw_limit  # of bytes of memory+swap limit with regard to
569                               hierarchy under which memory cgroup is.
570
571     total_<counter>           # hierarchical version of <counter>, which in
572                               addition to the cgroup's own value includes the
573                               sum of all hierarchical children's values of
574                               <counter>, i.e. total_cache
575     ========================= ===================================================
576
577   * additional vm parameters (depends on CONFIG_DEBUG_VM):
578
579     ========================= ========================================
580     recent_rotated_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
581     recent_rotated_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
582     recent_scanned_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
583     recent_scanned_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
584     ========================= ========================================
585
586 .. hint::
587         recent_rotated means recent frequency of LRU rotation.
588         recent_scanned means recent # of scans to LRU.
589         showing for better debug please see the code for meanings.
590
591 .. note::
592         Only anonymous and swap cache memory is listed as part of 'rss' stat.
593         This should not be confused with the true 'resident set size' or the
594         amount of physical memory used by the cgroup.
595
596         'rss + mapped_file" will give you resident set size of cgroup.
597
598         (Note: file and shmem may be shared among other cgroups. In that case,
599         mapped_file is accounted only when the memory cgroup is owner of page
600         cache.)
601
602 5.3 swappiness
603 --------------
604
605 Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable
606 in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
607
608 Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim
609 enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if
610 there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer
611 if there are no file pages to reclaim.
612
613 5.4 failcnt
614 -----------
615
616 A memory cgroup provides memory.failcnt and memory.memsw.failcnt files.
617 This failcnt(== failure count) shows the number of times that a usage counter
618 hit its limit. When a memory cgroup hits a limit, failcnt increases and
619 memory under it will be reclaimed.
620
621 You can reset failcnt by writing 0 to failcnt file::
622
623         # echo 0 > .../memory.failcnt
624
625 5.5 usage_in_bytes
626 ------------------
627
628 For efficiency, as other kernel components, memory cgroup uses some optimization
629 to avoid unnecessary cacheline false sharing. usage_in_bytes is affected by the
630 method and doesn't show 'exact' value of memory (and swap) usage, it's a fuzz
631 value for efficient access. (Of course, when necessary, it's synchronized.)
632 If you want to know more exact memory usage, you should use RSS+CACHE(+SWAP)
633 value in memory.stat(see 5.2).
634
635 5.6 numa_stat
636 -------------
637
638 This is similar to numa_maps but operates on a per-memcg basis.  This is
639 useful for providing visibility into the numa locality information within
640 an memcg since the pages are allowed to be allocated from any physical
641 node.  One of the use cases is evaluating application performance by
642 combining this information with the application's CPU allocation.
643
644 Each memcg's numa_stat file includes "total", "file", "anon" and "unevictable"
645 per-node page counts including "hierarchical_<counter>" which sums up all
646 hierarchical children's values in addition to the memcg's own value.
647
648 The output format of memory.numa_stat is::
649
650   total=<total pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
651   file=<total file pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
652   anon=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
653   unevictable=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
654   hierarchical_<counter>=<counter pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
655
656 The "total" count is sum of file + anon + unevictable.
657
658 6. Hierarchy support
659 ====================
660
661 The memory controller supports a deep hierarchy and hierarchical accounting.
662 The hierarchy is created by creating the appropriate cgroups in the
663 cgroup filesystem. Consider for example, the following cgroup filesystem
664 hierarchy::
665
666                root
667              /  |   \
668             /   |    \
669            a    b     c
670                       | \
671                       |  \
672                       d   e
673
674 In the diagram above, with hierarchical accounting enabled, all memory
675 usage of e, is accounted to its ancestors up until the root (i.e, c and root).
676 If one of the ancestors goes over its limit, the reclaim algorithm reclaims
677 from the tasks in the ancestor and the children of the ancestor.
678
679 6.1 Hierarchical accounting and reclaim
680 ---------------------------------------
681
682 Hierarchical accounting is enabled by default. Disabling the hierarchical
683 accounting is deprecated. An attempt to do it will result in a failure
684 and a warning printed to dmesg.
685
686 For compatibility reasons writing 1 to memory.use_hierarchy will always pass::
687
688         # echo 1 > memory.use_hierarchy
689
690 7. Soft limits
691 ==============
692
693 Soft limits allow for greater sharing of memory. The idea behind soft limits
694 is to allow control groups to use as much of the memory as needed, provided
695
696 a. There is no memory contention
697 b. They do not exceed their hard limit
698
699 When the system detects memory contention or low memory, control groups
700 are pushed back to their soft limits. If the soft limit of each control
701 group is very high, they are pushed back as much as possible to make
702 sure that one control group does not starve the others of memory.
703
704 Please note that soft limits is a best-effort feature; it comes with
705 no guarantees, but it does its best to make sure that when memory is
706 heavily contended for, memory is allocated based on the soft limit
707 hints/setup. Currently soft limit based reclaim is set up such that
708 it gets invoked from balance_pgdat (kswapd).
709
710 7.1 Interface
711 -------------
712
713 Soft limits can be setup by using the following commands (in this example we
714 assume a soft limit of 256 MiB)::
715
716         # echo 256M > memory.soft_limit_in_bytes
717
718 If we want to change this to 1G, we can at any time use::
719
720         # echo 1G > memory.soft_limit_in_bytes
721
722 .. note::
723        Soft limits take effect over a long period of time, since they involve
724        reclaiming memory for balancing between memory cgroups
725
726 .. note::
727        It is recommended to set the soft limit always below the hard limit,
728        otherwise the hard limit will take precedence.
729
730 .. _cgroup-v1-memory-move-charges:
731
732 8. Move charges at task migration (DEPRECATED!)
733 ===============================================
734
735 THIS IS DEPRECATED!
736
737 It's expensive and unreliable! It's better practice to launch workload
738 tasks directly from inside their target cgroup. Use dedicated workload
739 cgroups to allow fine-grained policy adjustments without having to
740 move physical pages between control domains.
741
742 Users can move charges associated with a task along with task migration, that
743 is, uncharge task's pages from the old cgroup and charge them to the new cgroup.
744 This feature is not supported in !CONFIG_MMU environments because of lack of
745 page tables.
746
747 8.1 Interface
748 -------------
749
750 This feature is disabled by default. It can be enabled (and disabled again) by
751 writing to memory.move_charge_at_immigrate of the destination cgroup.
752
753 If you want to enable it::
754
755         # echo (some positive value) > memory.move_charge_at_immigrate
756
757 .. note::
758       Each bits of move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type
759       of charges should be moved. See :ref:`section 8.2
760       <cgroup-v1-memory-movable-charges>` for details.
761
762 .. note::
763       Charges are moved only when you move mm->owner, in other words,
764       a leader of a thread group.
765
766 .. note::
767       If we cannot find enough space for the task in the destination cgroup, we
768       try to make space by reclaiming memory. Task migration may fail if we
769       cannot make enough space.
770
771 .. note::
772       It can take several seconds if you move charges much.
773
774 And if you want disable it again::
775
776         # echo 0 > memory.move_charge_at_immigrate
777
778 .. _cgroup-v1-memory-movable-charges:
779
780 8.2 Type of charges which can be moved
781 --------------------------------------
782
783 Each bit in move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type of
784 charges should be moved. But in any case, it must be noted that an account of
785 a page or a swap can be moved only when it is charged to the task's current
786 (old) memory cgroup.
787
788 +---+--------------------------------------------------------------------------+
789 |bit| what type of charges would be moved ?                                    |
790 +===+==========================================================================+
791 | 0 | A charge of an anonymous page (or swap of it) used by the target task.   |
792 |   | You must enable Swap Extension (see 2.4) to enable move of swap charges. |
793 +---+--------------------------------------------------------------------------+
794 | 1 | A charge of file pages (normal file, tmpfs file (e.g. ipc shared memory) |
795 |   | and swaps of tmpfs file) mmapped by the target task. Unlike the case of  |
796 |   | anonymous pages, file pages (and swaps) in the range mmapped by the task |
797 |   | will be moved even if the task hasn't done page fault, i.e. they might   |
798 |   | not be the task's "RSS", but other task's "RSS" that maps the same file. |
799 |   | And mapcount of the page is ignored (the page can be moved even if       |
800 |   | page_mapcount(page) > 1). You must enable Swap Extension (see 2.4) to    |
801 |   | enable move of swap charges.                                             |
802 +---+--------------------------------------------------------------------------+
803
804 8.3 TODO
805 --------
806
807 - All of moving charge operations are done under cgroup_mutex. It's not good
808   behavior to hold the mutex too long, so we may need some trick.
809
810 9. Memory thresholds
811 ====================
812
813 Memory cgroup implements memory thresholds using the cgroups notification
814 API (see cgroups.txt). It allows to register multiple memory and memsw
815 thresholds and gets notifications when it crosses.
816
817 To register a threshold, an application must:
818
819 - create an eventfd using eventfd(2);
820 - open memory.usage_in_bytes or memory.memsw.usage_in_bytes;
821 - write string like "<event_fd> <fd of memory.usage_in_bytes> <threshold>" to
822   cgroup.event_control.
823
824 Application will be notified through eventfd when memory usage crosses
825 threshold in any direction.
826
827 It's applicable for root and non-root cgroup.
828
829 .. _cgroup-v1-memory-oom-control:
830
831 10. OOM Control
832 ===============
833
834 memory.oom_control file is for OOM notification and other controls.
835
836 Memory cgroup implements OOM notifier using the cgroup notification
837 API (See cgroups.txt). It allows to register multiple OOM notification
838 delivery and gets notification when OOM happens.
839
840 To register a notifier, an application must:
841
842  - create an eventfd using eventfd(2)
843  - open memory.oom_control file
844  - write string like "<event_fd> <fd of memory.oom_control>" to
845    cgroup.event_control
846
847 The application will be notified through eventfd when OOM happens.
848 OOM notification doesn't work for the root cgroup.
849
850 You can disable the OOM-killer by writing "1" to memory.oom_control file, as:
851
852         #echo 1 > memory.oom_control
853
854 If OOM-killer is disabled, tasks under cgroup will hang/sleep
855 in memory cgroup's OOM-waitqueue when they request accountable memory.
856
857 For running them, you have to relax the memory cgroup's OOM status by
858
859         * enlarge limit or reduce usage.
860
861 To reduce usage,
862
863         * kill some tasks.
864         * move some tasks to other group with account migration.
865         * remove some files (on tmpfs?)
866
867 Then, stopped tasks will work again.
868
869 At reading, current status of OOM is shown.
870
871         - oom_kill_disable 0 or 1
872           (if 1, oom-killer is disabled)
873         - under_oom        0 or 1
874           (if 1, the memory cgroup is under OOM, tasks may be stopped.)
875         - oom_kill         integer counter
876           The number of processes belonging to this cgroup killed by any
877           kind of OOM killer.
878
879 11. Memory Pressure
880 ===================
881
882 The pressure level notifications can be used to monitor the memory
883 allocation cost; based on the pressure, applications can implement
884 different strategies of managing their memory resources. The pressure
885 levels are defined as following:
886
887 The "low" level means that the system is reclaiming memory for new
888 allocations. Monitoring this reclaiming activity might be useful for
889 maintaining cache level. Upon notification, the program (typically
890 "Activity Manager") might analyze vmstat and act in advance (i.e.
891 prematurely shutdown unimportant services).
892
893 The "medium" level means that the system is experiencing medium memory
894 pressure, the system might be making swap, paging out active file caches,
895 etc. Upon this event applications may decide to further analyze
896 vmstat/zoneinfo/memcg or internal memory usage statistics and free any
897 resources that can be easily reconstructed or re-read from a disk.
898
899 The "critical" level means that the system is actively thrashing, it is
900 about to out of memory (OOM) or even the in-kernel OOM killer is on its
901 way to trigger. Applications should do whatever they can to help the
902 system. It might be too late to consult with vmstat or any other
903 statistics, so it's advisable to take an immediate action.
904
905 By default, events are propagated upward until the event is handled, i.e. the
906 events are not pass-through. For example, you have three cgroups: A->B->C. Now
907 you set up an event listener on cgroups A, B and C, and suppose group C
908 experiences some pressure. In this situation, only group C will receive the
909 notification, i.e. groups A and B will not receive it. This is done to avoid
910 excessive "broadcasting" of messages, which disturbs the system and which is
911 especially bad if we are low on memory or thrashing. Group B, will receive
912 notification only if there are no event listers for group C.
913
914 There are three optional modes that specify different propagation behavior:
915
916  - "default": this is the default behavior specified above. This mode is the
917    same as omitting the optional mode parameter, preserved by backwards
918    compatibility.
919
920  - "hierarchy": events always propagate up to the root, similar to the default
921    behavior, except that propagation continues regardless of whether there are
922    event listeners at each level, with the "hierarchy" mode. In the above
923    example, groups A, B, and C will receive notification of memory pressure.
924
925  - "local": events are pass-through, i.e. they only receive notifications when
926    memory pressure is experienced in the memcg for which the notification is
927    registered. In the above example, group C will receive notification if
928    registered for "local" notification and the group experiences memory
929    pressure. However, group B will never receive notification, regardless if
930    there is an event listener for group C or not, if group B is registered for
931    local notification.
932
933 The level and event notification mode ("hierarchy" or "local", if necessary) are
934 specified by a comma-delimited string, i.e. "low,hierarchy" specifies
935 hierarchical, pass-through, notification for all ancestor memcgs. Notification
936 that is the default, non pass-through behavior, does not specify a mode.
937 "medium,local" specifies pass-through notification for the medium level.
938
939 The file memory.pressure_level is only used to setup an eventfd. To
940 register a notification, an application must:
941
942 - create an eventfd using eventfd(2);
943 - open memory.pressure_level;
944 - write string as "<event_fd> <fd of memory.pressure_level> <level[,mode]>"
945   to cgroup.event_control.
946
947 Application will be notified through eventfd when memory pressure is at
948 the specific level (or higher). Read/write operations to
949 memory.pressure_level are no implemented.
950
951 Test:
952
953    Here is a small script example that makes a new cgroup, sets up a
954    memory limit, sets up a notification in the cgroup and then makes child
955    cgroup experience a critical pressure::
956
957         # cd /sys/fs/cgroup/memory/
958         # mkdir foo
959         # cd foo
960         # cgroup_event_listener memory.pressure_level low,hierarchy &
961         # echo 8000000 > memory.limit_in_bytes
962         # echo 8000000 > memory.memsw.limit_in_bytes
963         # echo $$ > tasks
964         # dd if=/dev/zero | read x
965
966    (Expect a bunch of notifications, and eventually, the oom-killer will
967    trigger.)
968
969 12. TODO
970 ========
971
972 1. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
973 2. Teach controller to account for shared-pages
974 3. Start reclamation in the background when the limit is
975    not yet hit but the usage is getting closer
976
977 Summary
978 =======
979
980 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
981 commented and discussed quite extensively in the community.
982
983 References
984 ==========
985
986 .. [1] Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
987 .. [2] Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
988    http://lwn.net/Articles/222762/
989 .. [3] Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
990    https://lore.kernel.org/r/45ED7DEC.7010403@sw.ru
991 .. [4] Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
992    https://lore.kernel.org/r/461A3010.90403@sw.ru
993 .. [5] Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
994    https://lore.kernel.org/r/465D9739.8070209@openvz.org
995
996 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
997 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
998    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
999 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
1000    https://lore.kernel.org/r/464C95D4.7070806@linux.vnet.ibm.com
1001 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
1002    https://lore.kernel.org/r/464D267A.50107@linux.vnet.ibm.com
1003 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
1004     https://lore.kernel.org/r/20070819094658.654.84837.sendpatchset@balbir-laptop
1005
1006 .. [11] Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
1007    https://lore.kernel.org/r/20070817084228.26003.12568.sendpatchset@balbir-laptop
1008 .. [12] Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
1009    http://lwn.net/Articles/243795/