GNU Linux-libre 5.10.217-gnu1
[releases.git] / Documentation / admin-guide / cgroup-v1 / memory.rst
1 ==========================
2 Memory Resource Controller
3 ==========================
4
5 NOTE:
6       This document is hopelessly outdated and it asks for a complete
7       rewrite. It still contains a useful information so we are keeping it
8       here but make sure to check the current code if you need a deeper
9       understanding.
10
11 NOTE:
12       The Memory Resource Controller has generically been referred to as the
13       memory controller in this document. Do not confuse memory controller
14       used here with the memory controller that is used in hardware.
15
16 (For editors) In this document:
17       When we mention a cgroup (cgroupfs's directory) with memory controller,
18       we call it "memory cgroup". When you see git-log and source code, you'll
19       see patch's title and function names tend to use "memcg".
20       In this document, we avoid using it.
21
22 Benefits and Purpose of the memory controller
23 =============================================
24
25 The memory controller isolates the memory behaviour of a group of tasks
26 from the rest of the system. The article on LWN [12] mentions some probable
27 uses of the memory controller. The memory controller can be used to
28
29 a. Isolate an application or a group of applications
30    Memory-hungry applications can be isolated and limited to a smaller
31    amount of memory.
32 b. Create a cgroup with a limited amount of memory; this can be used
33    as a good alternative to booting with mem=XXXX.
34 c. Virtualization solutions can control the amount of memory they want
35    to assign to a virtual machine instance.
36 d. A CD/DVD burner could control the amount of memory used by the
37    rest of the system to ensure that burning does not fail due to lack
38    of available memory.
39 e. There are several other use cases; find one or use the controller just
40    for fun (to learn and hack on the VM subsystem).
41
42 Current Status: linux-2.6.34-mmotm(development version of 2010/April)
43
44 Features:
45
46  - accounting anonymous pages, file caches, swap caches usage and limiting them.
47  - pages are linked to per-memcg LRU exclusively, and there is no global LRU.
48  - optionally, memory+swap usage can be accounted and limited.
49  - hierarchical accounting
50  - soft limit
51  - moving (recharging) account at moving a task is selectable.
52  - usage threshold notifier
53  - memory pressure notifier
54  - oom-killer disable knob and oom-notifier
55  - Root cgroup has no limit controls.
56
57  Kernel memory support is a work in progress, and the current version provides
58  basically functionality. (See Section 2.7)
59
60 Brief summary of control files.
61
62 ==================================== ==========================================
63  tasks                               attach a task(thread) and show list of
64                                      threads
65  cgroup.procs                        show list of processes
66  cgroup.event_control                an interface for event_fd()
67  memory.usage_in_bytes               show current usage for memory
68                                      (See 5.5 for details)
69  memory.memsw.usage_in_bytes         show current usage for memory+Swap
70                                      (See 5.5 for details)
71  memory.limit_in_bytes               set/show limit of memory usage
72  memory.memsw.limit_in_bytes         set/show limit of memory+Swap usage
73  memory.failcnt                      show the number of memory usage hits limits
74  memory.memsw.failcnt                show the number of memory+Swap hits limits
75  memory.max_usage_in_bytes           show max memory usage recorded
76  memory.memsw.max_usage_in_bytes     show max memory+Swap usage recorded
77  memory.soft_limit_in_bytes          set/show soft limit of memory usage
78  memory.stat                         show various statistics
79  memory.use_hierarchy                set/show hierarchical account enabled
80  memory.force_empty                  trigger forced page reclaim
81  memory.pressure_level               set memory pressure notifications
82  memory.swappiness                   set/show swappiness parameter of vmscan
83                                      (See sysctl's vm.swappiness)
84  memory.move_charge_at_immigrate     set/show controls of moving charges
85                                      This knob is deprecated and shouldn't be
86                                      used.
87  memory.oom_control                  set/show oom controls.
88  memory.numa_stat                    show the number of memory usage per numa
89                                      node
90  memory.kmem.limit_in_bytes          set/show hard limit for kernel memory
91                                      This knob is deprecated and shouldn't be
92                                      used. It is planned that this be removed in
93                                      the foreseeable future.
94  memory.kmem.usage_in_bytes          show current kernel memory allocation
95  memory.kmem.failcnt                 show the number of kernel memory usage
96                                      hits limits
97  memory.kmem.max_usage_in_bytes      show max kernel memory usage recorded
98
99  memory.kmem.tcp.limit_in_bytes      set/show hard limit for tcp buf memory
100  memory.kmem.tcp.usage_in_bytes      show current tcp buf memory allocation
101  memory.kmem.tcp.failcnt             show the number of tcp buf memory usage
102                                      hits limits
103  memory.kmem.tcp.max_usage_in_bytes  show max tcp buf memory usage recorded
104 ==================================== ==========================================
105
106 1. History
107 ==========
108
109 The memory controller has a long history. A request for comments for the memory
110 controller was posted by Balbir Singh [1]. At the time the RFC was posted
111 there were several implementations for memory control. The goal of the
112 RFC was to build consensus and agreement for the minimal features required
113 for memory control. The first RSS controller was posted by Balbir Singh[2]
114 in Feb 2007. Pavel Emelianov [3][4][5] has since posted three versions of the
115 RSS controller. At OLS, at the resource management BoF, everyone suggested
116 that we handle both page cache and RSS together. Another request was raised
117 to allow user space handling of OOM. The current memory controller is
118 at version 6; it combines both mapped (RSS) and unmapped Page
119 Cache Control [11].
120
121 2. Memory Control
122 =================
123
124 Memory is a unique resource in the sense that it is present in a limited
125 amount. If a task requires a lot of CPU processing, the task can spread
126 its processing over a period of hours, days, months or years, but with
127 memory, the same physical memory needs to be reused to accomplish the task.
128
129 The memory controller implementation has been divided into phases. These
130 are:
131
132 1. Memory controller
133 2. mlock(2) controller
134 3. Kernel user memory accounting and slab control
135 4. user mappings length controller
136
137 The memory controller is the first controller developed.
138
139 2.1. Design
140 -----------
141
142 The core of the design is a counter called the page_counter. The
143 page_counter tracks the current memory usage and limit of the group of
144 processes associated with the controller. Each cgroup has a memory controller
145 specific data structure (mem_cgroup) associated with it.
146
147 2.2. Accounting
148 ---------------
149
150 ::
151
152                 +--------------------+
153                 |  mem_cgroup        |
154                 |  (page_counter)    |
155                 +--------------------+
156                  /            ^      \
157                 /             |       \
158            +---------------+  |        +---------------+
159            | mm_struct     |  |....    | mm_struct     |
160            |               |  |        |               |
161            +---------------+  |        +---------------+
162                               |
163                               + --------------+
164                                               |
165            +---------------+           +------+--------+
166            | page          +---------->  page_cgroup|
167            |               |           |               |
168            +---------------+           +---------------+
169
170              (Figure 1: Hierarchy of Accounting)
171
172
173 Figure 1 shows the important aspects of the controller
174
175 1. Accounting happens per cgroup
176 2. Each mm_struct knows about which cgroup it belongs to
177 3. Each page has a pointer to the page_cgroup, which in turn knows the
178    cgroup it belongs to
179
180 The accounting is done as follows: mem_cgroup_charge_common() is invoked to
181 set up the necessary data structures and check if the cgroup that is being
182 charged is over its limit. If it is, then reclaim is invoked on the cgroup.
183 More details can be found in the reclaim section of this document.
184 If everything goes well, a page meta-data-structure called page_cgroup is
185 updated. page_cgroup has its own LRU on cgroup.
186 (*) page_cgroup structure is allocated at boot/memory-hotplug time.
187
188 2.2.1 Accounting details
189 ------------------------
190
191 All mapped anon pages (RSS) and cache pages (Page Cache) are accounted.
192 Some pages which are never reclaimable and will not be on the LRU
193 are not accounted. We just account pages under usual VM management.
194
195 RSS pages are accounted at page_fault unless they've already been accounted
196 for earlier. A file page will be accounted for as Page Cache when it's
197 inserted into inode (radix-tree). While it's mapped into the page tables of
198 processes, duplicate accounting is carefully avoided.
199
200 An RSS page is unaccounted when it's fully unmapped. A PageCache page is
201 unaccounted when it's removed from radix-tree. Even if RSS pages are fully
202 unmapped (by kswapd), they may exist as SwapCache in the system until they
203 are really freed. Such SwapCaches are also accounted.
204 A swapped-in page is accounted after adding into swapcache.
205
206 Note: The kernel does swapin-readahead and reads multiple swaps at once.
207 Since page's memcg recorded into swap whatever memsw enabled, the page will
208 be accounted after swapin.
209
210 At page migration, accounting information is kept.
211
212 Note: we just account pages-on-LRU because our purpose is to control amount
213 of used pages; not-on-LRU pages tend to be out-of-control from VM view.
214
215 2.3 Shared Page Accounting
216 --------------------------
217
218 Shared pages are accounted on the basis of the first touch approach. The
219 cgroup that first touches a page is accounted for the page. The principle
220 behind this approach is that a cgroup that aggressively uses a shared
221 page will eventually get charged for it (once it is uncharged from
222 the cgroup that brought it in -- this will happen on memory pressure).
223
224 But see section 8.2: when moving a task to another cgroup, its pages may
225 be recharged to the new cgroup, if move_charge_at_immigrate has been chosen.
226
227 2.4 Swap Extension
228 --------------------------------------
229
230 Swap usage is always recorded for each of cgroup. Swap Extension allows you to
231 read and limit it.
232
233 When CONFIG_SWAP is enabled, following files are added.
234
235  - memory.memsw.usage_in_bytes.
236  - memory.memsw.limit_in_bytes.
237
238 memsw means memory+swap. Usage of memory+swap is limited by
239 memsw.limit_in_bytes.
240
241 Example: Assume a system with 4G of swap. A task which allocates 6G of memory
242 (by mistake) under 2G memory limitation will use all swap.
243 In this case, setting memsw.limit_in_bytes=3G will prevent bad use of swap.
244 By using the memsw limit, you can avoid system OOM which can be caused by swap
245 shortage.
246
247 **why 'memory+swap' rather than swap**
248
249 The global LRU(kswapd) can swap out arbitrary pages. Swap-out means
250 to move account from memory to swap...there is no change in usage of
251 memory+swap. In other words, when we want to limit the usage of swap without
252 affecting global LRU, memory+swap limit is better than just limiting swap from
253 an OS point of view.
254
255 **What happens when a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes**
256
257 When a cgroup hits memory.memsw.limit_in_bytes, it's useless to do swap-out
258 in this cgroup. Then, swap-out will not be done by cgroup routine and file
259 caches are dropped. But as mentioned above, global LRU can do swapout memory
260 from it for sanity of the system's memory management state. You can't forbid
261 it by cgroup.
262
263 2.5 Reclaim
264 -----------
265
266 Each cgroup maintains a per cgroup LRU which has the same structure as
267 global VM. When a cgroup goes over its limit, we first try
268 to reclaim memory from the cgroup so as to make space for the new
269 pages that the cgroup has touched. If the reclaim is unsuccessful,
270 an OOM routine is invoked to select and kill the bulkiest task in the
271 cgroup. (See 10. OOM Control below.)
272
273 The reclaim algorithm has not been modified for cgroups, except that
274 pages that are selected for reclaiming come from the per-cgroup LRU
275 list.
276
277 NOTE:
278   Reclaim does not work for the root cgroup, since we cannot set any
279   limits on the root cgroup.
280
281 Note2:
282   When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic.
283
284 When oom event notifier is registered, event will be delivered.
285 (See oom_control section)
286
287 2.6 Locking
288 -----------
289
290    lock_page_cgroup()/unlock_page_cgroup() should not be called under
291    the i_pages lock.
292
293    Other lock order is following:
294
295    PG_locked.
296      mm->page_table_lock
297          pgdat->lru_lock
298            lock_page_cgroup.
299
300   In many cases, just lock_page_cgroup() is called.
301
302   per-zone-per-cgroup LRU (cgroup's private LRU) is just guarded by
303   pgdat->lru_lock, it has no lock of its own.
304
305 2.7 Kernel Memory Extension (CONFIG_MEMCG_KMEM)
306 -----------------------------------------------
307
308 With the Kernel memory extension, the Memory Controller is able to limit
309 the amount of kernel memory used by the system. Kernel memory is fundamentally
310 different than user memory, since it can't be swapped out, which makes it
311 possible to DoS the system by consuming too much of this precious resource.
312
313 Kernel memory accounting is enabled for all memory cgroups by default. But
314 it can be disabled system-wide by passing cgroup.memory=nokmem to the kernel
315 at boot time. In this case, kernel memory will not be accounted at all.
316
317 Kernel memory limits are not imposed for the root cgroup. Usage for the root
318 cgroup may or may not be accounted. The memory used is accumulated into
319 memory.kmem.usage_in_bytes, or in a separate counter when it makes sense.
320 (currently only for tcp).
321
322 The main "kmem" counter is fed into the main counter, so kmem charges will
323 also be visible from the user counter.
324
325 Currently no soft limit is implemented for kernel memory. It is future work
326 to trigger slab reclaim when those limits are reached.
327
328 2.7.1 Current Kernel Memory resources accounted
329 -----------------------------------------------
330
331 stack pages:
332   every process consumes some stack pages. By accounting into
333   kernel memory, we prevent new processes from being created when the kernel
334   memory usage is too high.
335
336 slab pages:
337   pages allocated by the SLAB or SLUB allocator are tracked. A copy
338   of each kmem_cache is created every time the cache is touched by the first time
339   from inside the memcg. The creation is done lazily, so some objects can still be
340   skipped while the cache is being created. All objects in a slab page should
341   belong to the same memcg. This only fails to hold when a task is migrated to a
342   different memcg during the page allocation by the cache.
343
344 sockets memory pressure:
345   some sockets protocols have memory pressure
346   thresholds. The Memory Controller allows them to be controlled individually
347   per cgroup, instead of globally.
348
349 tcp memory pressure:
350   sockets memory pressure for the tcp protocol.
351
352 2.7.2 Common use cases
353 ----------------------
354
355 Because the "kmem" counter is fed to the main user counter, kernel memory can
356 never be limited completely independently of user memory. Say "U" is the user
357 limit, and "K" the kernel limit. There are three possible ways limits can be
358 set:
359
360 U != 0, K = unlimited:
361     This is the standard memcg limitation mechanism already present before kmem
362     accounting. Kernel memory is completely ignored.
363
364 U != 0, K < U:
365     Kernel memory is a subset of the user memory. This setup is useful in
366     deployments where the total amount of memory per-cgroup is overcommited.
367     Overcommiting kernel memory limits is definitely not recommended, since the
368     box can still run out of non-reclaimable memory.
369     In this case, the admin could set up K so that the sum of all groups is
370     never greater than the total memory, and freely set U at the cost of his
371     QoS.
372
373 WARNING:
374     In the current implementation, memory reclaim will NOT be
375     triggered for a cgroup when it hits K while staying below U, which makes
376     this setup impractical.
377
378 U != 0, K >= U:
379     Since kmem charges will also be fed to the user counter and reclaim will be
380     triggered for the cgroup for both kinds of memory. This setup gives the
381     admin a unified view of memory, and it is also useful for people who just
382     want to track kernel memory usage.
383
384 3. User Interface
385 =================
386
387 3.0. Configuration
388 ------------------
389
390 a. Enable CONFIG_CGROUPS
391 b. Enable CONFIG_MEMCG
392 c. Enable CONFIG_MEMCG_SWAP (to use swap extension)
393 d. Enable CONFIG_MEMCG_KMEM (to use kmem extension)
394
395 3.1. Prepare the cgroups (see cgroups.txt, Why are cgroups needed?)
396 -------------------------------------------------------------------
397
398 ::
399
400         # mount -t tmpfs none /sys/fs/cgroup
401         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory
402         # mount -t cgroup none /sys/fs/cgroup/memory -o memory
403
404 3.2. Make the new group and move bash into it::
405
406         # mkdir /sys/fs/cgroup/memory/0
407         # echo $$ > /sys/fs/cgroup/memory/0/tasks
408
409 Since now we're in the 0 cgroup, we can alter the memory limit::
410
411         # echo 4M > /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
412
413 NOTE:
414   We can use a suffix (k, K, m, M, g or G) to indicate values in kilo,
415   mega or gigabytes. (Here, Kilo, Mega, Giga are Kibibytes, Mebibytes,
416   Gibibytes.)
417
418 NOTE:
419   We can write "-1" to reset the ``*.limit_in_bytes(unlimited)``.
420
421 NOTE:
422   We cannot set limits on the root cgroup any more.
423
424 ::
425
426   # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.limit_in_bytes
427   4194304
428
429 We can check the usage::
430
431   # cat /sys/fs/cgroup/memory/0/memory.usage_in_bytes
432   1216512
433
434 A successful write to this file does not guarantee a successful setting of
435 this limit to the value written into the file. This can be due to a
436 number of factors, such as rounding up to page boundaries or the total
437 availability of memory on the system. The user is required to re-read
438 this file after a write to guarantee the value committed by the kernel::
439
440   # echo 1 > memory.limit_in_bytes
441   # cat memory.limit_in_bytes
442   4096
443
444 The memory.failcnt field gives the number of times that the cgroup limit was
445 exceeded.
446
447 The memory.stat file gives accounting information. Now, the number of
448 caches, RSS and Active pages/Inactive pages are shown.
449
450 4. Testing
451 ==========
452
453 For testing features and implementation, see memcg_test.txt.
454
455 Performance test is also important. To see pure memory controller's overhead,
456 testing on tmpfs will give you good numbers of small overheads.
457 Example: do kernel make on tmpfs.
458
459 Page-fault scalability is also important. At measuring parallel
460 page fault test, multi-process test may be better than multi-thread
461 test because it has noise of shared objects/status.
462
463 But the above two are testing extreme situations.
464 Trying usual test under memory controller is always helpful.
465
466 4.1 Troubleshooting
467 -------------------
468
469 Sometimes a user might find that the application under a cgroup is
470 terminated by the OOM killer. There are several causes for this:
471
472 1. The cgroup limit is too low (just too low to do anything useful)
473 2. The user is using anonymous memory and swap is turned off or too low
474
475 A sync followed by echo 1 > /proc/sys/vm/drop_caches will help get rid of
476 some of the pages cached in the cgroup (page cache pages).
477
478 To know what happens, disabling OOM_Kill as per "10. OOM Control" (below) and
479 seeing what happens will be helpful.
480
481 4.2 Task migration
482 ------------------
483
484 When a task migrates from one cgroup to another, its charge is not
485 carried forward by default. The pages allocated from the original cgroup still
486 remain charged to it, the charge is dropped when the page is freed or
487 reclaimed.
488
489 You can move charges of a task along with task migration.
490 See 8. "Move charges at task migration"
491
492 4.3 Removing a cgroup
493 ---------------------
494
495 A cgroup can be removed by rmdir, but as discussed in sections 4.1 and 4.2, a
496 cgroup might have some charge associated with it, even though all
497 tasks have migrated away from it. (because we charge against pages, not
498 against tasks.)
499
500 We move the stats to root (if use_hierarchy==0) or parent (if
501 use_hierarchy==1), and no change on the charge except uncharging
502 from the child.
503
504 Charges recorded in swap information is not updated at removal of cgroup.
505 Recorded information is discarded and a cgroup which uses swap (swapcache)
506 will be charged as a new owner of it.
507
508 About use_hierarchy, see Section 6.
509
510 5. Misc. interfaces
511 ===================
512
513 5.1 force_empty
514 ---------------
515   memory.force_empty interface is provided to make cgroup's memory usage empty.
516   When writing anything to this::
517
518     # echo 0 > memory.force_empty
519
520   the cgroup will be reclaimed and as many pages reclaimed as possible.
521
522   The typical use case for this interface is before calling rmdir().
523   Though rmdir() offlines memcg, but the memcg may still stay there due to
524   charged file caches. Some out-of-use page caches may keep charged until
525   memory pressure happens. If you want to avoid that, force_empty will be useful.
526
527   Also, note that when memory.kmem.limit_in_bytes is set the charges due to
528   kernel pages will still be seen. This is not considered a failure and the
529   write will still return success. In this case, it is expected that
530   memory.kmem.usage_in_bytes == memory.usage_in_bytes.
531
532   About use_hierarchy, see Section 6.
533
534 5.2 stat file
535 -------------
536
537 memory.stat file includes following statistics
538
539 per-memory cgroup local status
540 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
541
542 =============== ===============================================================
543 cache           # of bytes of page cache memory.
544 rss             # of bytes of anonymous and swap cache memory (includes
545                 transparent hugepages).
546 rss_huge        # of bytes of anonymous transparent hugepages.
547 mapped_file     # of bytes of mapped file (includes tmpfs/shmem)
548 pgpgin          # of charging events to the memory cgroup. The charging
549                 event happens each time a page is accounted as either mapped
550                 anon page(RSS) or cache page(Page Cache) to the cgroup.
551 pgpgout         # of uncharging events to the memory cgroup. The uncharging
552                 event happens each time a page is unaccounted from the cgroup.
553 swap            # of bytes of swap usage
554 dirty           # of bytes that are waiting to get written back to the disk.
555 writeback       # of bytes of file/anon cache that are queued for syncing to
556                 disk.
557 inactive_anon   # of bytes of anonymous and swap cache memory on inactive
558                 LRU list.
559 active_anon     # of bytes of anonymous and swap cache memory on active
560                 LRU list.
561 inactive_file   # of bytes of file-backed memory on inactive LRU list.
562 active_file     # of bytes of file-backed memory on active LRU list.
563 unevictable     # of bytes of memory that cannot be reclaimed (mlocked etc).
564 =============== ===============================================================
565
566 status considering hierarchy (see memory.use_hierarchy settings)
567 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
568
569 ========================= ===================================================
570 hierarchical_memory_limit # of bytes of memory limit with regard to hierarchy
571                           under which the memory cgroup is
572 hierarchical_memsw_limit  # of bytes of memory+swap limit with regard to
573                           hierarchy under which memory cgroup is.
574
575 total_<counter>           # hierarchical version of <counter>, which in
576                           addition to the cgroup's own value includes the
577                           sum of all hierarchical children's values of
578                           <counter>, i.e. total_cache
579 ========================= ===================================================
580
581 The following additional stats are dependent on CONFIG_DEBUG_VM
582 ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^
583
584 ========================= ========================================
585 recent_rotated_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
586 recent_rotated_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
587 recent_scanned_anon       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
588 recent_scanned_file       VM internal parameter. (see mm/vmscan.c)
589 ========================= ========================================
590
591 Memo:
592         recent_rotated means recent frequency of LRU rotation.
593         recent_scanned means recent # of scans to LRU.
594         showing for better debug please see the code for meanings.
595
596 Note:
597         Only anonymous and swap cache memory is listed as part of 'rss' stat.
598         This should not be confused with the true 'resident set size' or the
599         amount of physical memory used by the cgroup.
600
601         'rss + mapped_file" will give you resident set size of cgroup.
602
603         (Note: file and shmem may be shared among other cgroups. In that case,
604         mapped_file is accounted only when the memory cgroup is owner of page
605         cache.)
606
607 5.3 swappiness
608 --------------
609
610 Overrides /proc/sys/vm/swappiness for the particular group. The tunable
611 in the root cgroup corresponds to the global swappiness setting.
612
613 Please note that unlike during the global reclaim, limit reclaim
614 enforces that 0 swappiness really prevents from any swapping even if
615 there is a swap storage available. This might lead to memcg OOM killer
616 if there are no file pages to reclaim.
617
618 5.4 failcnt
619 -----------
620
621 A memory cgroup provides memory.failcnt and memory.memsw.failcnt files.
622 This failcnt(== failure count) shows the number of times that a usage counter
623 hit its limit. When a memory cgroup hits a limit, failcnt increases and
624 memory under it will be reclaimed.
625
626 You can reset failcnt by writing 0 to failcnt file::
627
628         # echo 0 > .../memory.failcnt
629
630 5.5 usage_in_bytes
631 ------------------
632
633 For efficiency, as other kernel components, memory cgroup uses some optimization
634 to avoid unnecessary cacheline false sharing. usage_in_bytes is affected by the
635 method and doesn't show 'exact' value of memory (and swap) usage, it's a fuzz
636 value for efficient access. (Of course, when necessary, it's synchronized.)
637 If you want to know more exact memory usage, you should use RSS+CACHE(+SWAP)
638 value in memory.stat(see 5.2).
639
640 5.6 numa_stat
641 -------------
642
643 This is similar to numa_maps but operates on a per-memcg basis.  This is
644 useful for providing visibility into the numa locality information within
645 an memcg since the pages are allowed to be allocated from any physical
646 node.  One of the use cases is evaluating application performance by
647 combining this information with the application's CPU allocation.
648
649 Each memcg's numa_stat file includes "total", "file", "anon" and "unevictable"
650 per-node page counts including "hierarchical_<counter>" which sums up all
651 hierarchical children's values in addition to the memcg's own value.
652
653 The output format of memory.numa_stat is::
654
655   total=<total pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
656   file=<total file pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
657   anon=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
658   unevictable=<total anon pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
659   hierarchical_<counter>=<counter pages> N0=<node 0 pages> N1=<node 1 pages> ...
660
661 The "total" count is sum of file + anon + unevictable.
662
663 6. Hierarchy support
664 ====================
665
666 The memory controller supports a deep hierarchy and hierarchical accounting.
667 The hierarchy is created by creating the appropriate cgroups in the
668 cgroup filesystem. Consider for example, the following cgroup filesystem
669 hierarchy::
670
671                root
672              /  |   \
673             /   |    \
674            a    b     c
675                       | \
676                       |  \
677                       d   e
678
679 In the diagram above, with hierarchical accounting enabled, all memory
680 usage of e, is accounted to its ancestors up until the root (i.e, c and root),
681 that has memory.use_hierarchy enabled. If one of the ancestors goes over its
682 limit, the reclaim algorithm reclaims from the tasks in the ancestor and the
683 children of the ancestor.
684
685 6.1 Enabling hierarchical accounting and reclaim
686 ------------------------------------------------
687
688 A memory cgroup by default disables the hierarchy feature. Support
689 can be enabled by writing 1 to memory.use_hierarchy file of the root cgroup::
690
691         # echo 1 > memory.use_hierarchy
692
693 The feature can be disabled by::
694
695         # echo 0 > memory.use_hierarchy
696
697 NOTE1:
698        Enabling/disabling will fail if either the cgroup already has other
699        cgroups created below it, or if the parent cgroup has use_hierarchy
700        enabled.
701
702 NOTE2:
703        When panic_on_oom is set to "2", the whole system will panic in
704        case of an OOM event in any cgroup.
705
706 7. Soft limits
707 ==============
708
709 Soft limits allow for greater sharing of memory. The idea behind soft limits
710 is to allow control groups to use as much of the memory as needed, provided
711
712 a. There is no memory contention
713 b. They do not exceed their hard limit
714
715 When the system detects memory contention or low memory, control groups
716 are pushed back to their soft limits. If the soft limit of each control
717 group is very high, they are pushed back as much as possible to make
718 sure that one control group does not starve the others of memory.
719
720 Please note that soft limits is a best-effort feature; it comes with
721 no guarantees, but it does its best to make sure that when memory is
722 heavily contended for, memory is allocated based on the soft limit
723 hints/setup. Currently soft limit based reclaim is set up such that
724 it gets invoked from balance_pgdat (kswapd).
725
726 7.1 Interface
727 -------------
728
729 Soft limits can be setup by using the following commands (in this example we
730 assume a soft limit of 256 MiB)::
731
732         # echo 256M > memory.soft_limit_in_bytes
733
734 If we want to change this to 1G, we can at any time use::
735
736         # echo 1G > memory.soft_limit_in_bytes
737
738 NOTE1:
739        Soft limits take effect over a long period of time, since they involve
740        reclaiming memory for balancing between memory cgroups
741 NOTE2:
742        It is recommended to set the soft limit always below the hard limit,
743        otherwise the hard limit will take precedence.
744
745 8. Move charges at task migration (DEPRECATED!)
746 ===============================================
747
748 THIS IS DEPRECATED!
749
750 It's expensive and unreliable! It's better practice to launch workload
751 tasks directly from inside their target cgroup. Use dedicated workload
752 cgroups to allow fine-grained policy adjustments without having to
753 move physical pages between control domains.
754
755 Users can move charges associated with a task along with task migration, that
756 is, uncharge task's pages from the old cgroup and charge them to the new cgroup.
757 This feature is not supported in !CONFIG_MMU environments because of lack of
758 page tables.
759
760 8.1 Interface
761 -------------
762
763 This feature is disabled by default. It can be enabled (and disabled again) by
764 writing to memory.move_charge_at_immigrate of the destination cgroup.
765
766 If you want to enable it::
767
768         # echo (some positive value) > memory.move_charge_at_immigrate
769
770 Note:
771       Each bits of move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type
772       of charges should be moved. See 8.2 for details.
773 Note:
774       Charges are moved only when you move mm->owner, in other words,
775       a leader of a thread group.
776 Note:
777       If we cannot find enough space for the task in the destination cgroup, we
778       try to make space by reclaiming memory. Task migration may fail if we
779       cannot make enough space.
780 Note:
781       It can take several seconds if you move charges much.
782
783 And if you want disable it again::
784
785         # echo 0 > memory.move_charge_at_immigrate
786
787 8.2 Type of charges which can be moved
788 --------------------------------------
789
790 Each bit in move_charge_at_immigrate has its own meaning about what type of
791 charges should be moved. But in any case, it must be noted that an account of
792 a page or a swap can be moved only when it is charged to the task's current
793 (old) memory cgroup.
794
795 +---+--------------------------------------------------------------------------+
796 |bit| what type of charges would be moved ?                                    |
797 +===+==========================================================================+
798 | 0 | A charge of an anonymous page (or swap of it) used by the target task.   |
799 |   | You must enable Swap Extension (see 2.4) to enable move of swap charges. |
800 +---+--------------------------------------------------------------------------+
801 | 1 | A charge of file pages (normal file, tmpfs file (e.g. ipc shared memory) |
802 |   | and swaps of tmpfs file) mmapped by the target task. Unlike the case of  |
803 |   | anonymous pages, file pages (and swaps) in the range mmapped by the task |
804 |   | will be moved even if the task hasn't done page fault, i.e. they might   |
805 |   | not be the task's "RSS", but other task's "RSS" that maps the same file. |
806 |   | And mapcount of the page is ignored (the page can be moved even if       |
807 |   | page_mapcount(page) > 1). You must enable Swap Extension (see 2.4) to    |
808 |   | enable move of swap charges.                                             |
809 +---+--------------------------------------------------------------------------+
810
811 8.3 TODO
812 --------
813
814 - All of moving charge operations are done under cgroup_mutex. It's not good
815   behavior to hold the mutex too long, so we may need some trick.
816
817 9. Memory thresholds
818 ====================
819
820 Memory cgroup implements memory thresholds using the cgroups notification
821 API (see cgroups.txt). It allows to register multiple memory and memsw
822 thresholds and gets notifications when it crosses.
823
824 To register a threshold, an application must:
825
826 - create an eventfd using eventfd(2);
827 - open memory.usage_in_bytes or memory.memsw.usage_in_bytes;
828 - write string like "<event_fd> <fd of memory.usage_in_bytes> <threshold>" to
829   cgroup.event_control.
830
831 Application will be notified through eventfd when memory usage crosses
832 threshold in any direction.
833
834 It's applicable for root and non-root cgroup.
835
836 10. OOM Control
837 ===============
838
839 memory.oom_control file is for OOM notification and other controls.
840
841 Memory cgroup implements OOM notifier using the cgroup notification
842 API (See cgroups.txt). It allows to register multiple OOM notification
843 delivery and gets notification when OOM happens.
844
845 To register a notifier, an application must:
846
847  - create an eventfd using eventfd(2)
848  - open memory.oom_control file
849  - write string like "<event_fd> <fd of memory.oom_control>" to
850    cgroup.event_control
851
852 The application will be notified through eventfd when OOM happens.
853 OOM notification doesn't work for the root cgroup.
854
855 You can disable the OOM-killer by writing "1" to memory.oom_control file, as:
856
857         #echo 1 > memory.oom_control
858
859 If OOM-killer is disabled, tasks under cgroup will hang/sleep
860 in memory cgroup's OOM-waitqueue when they request accountable memory.
861
862 For running them, you have to relax the memory cgroup's OOM status by
863
864         * enlarge limit or reduce usage.
865
866 To reduce usage,
867
868         * kill some tasks.
869         * move some tasks to other group with account migration.
870         * remove some files (on tmpfs?)
871
872 Then, stopped tasks will work again.
873
874 At reading, current status of OOM is shown.
875
876         - oom_kill_disable 0 or 1
877           (if 1, oom-killer is disabled)
878         - under_oom        0 or 1
879           (if 1, the memory cgroup is under OOM, tasks may be stopped.)
880
881 11. Memory Pressure
882 ===================
883
884 The pressure level notifications can be used to monitor the memory
885 allocation cost; based on the pressure, applications can implement
886 different strategies of managing their memory resources. The pressure
887 levels are defined as following:
888
889 The "low" level means that the system is reclaiming memory for new
890 allocations. Monitoring this reclaiming activity might be useful for
891 maintaining cache level. Upon notification, the program (typically
892 "Activity Manager") might analyze vmstat and act in advance (i.e.
893 prematurely shutdown unimportant services).
894
895 The "medium" level means that the system is experiencing medium memory
896 pressure, the system might be making swap, paging out active file caches,
897 etc. Upon this event applications may decide to further analyze
898 vmstat/zoneinfo/memcg or internal memory usage statistics and free any
899 resources that can be easily reconstructed or re-read from a disk.
900
901 The "critical" level means that the system is actively thrashing, it is
902 about to out of memory (OOM) or even the in-kernel OOM killer is on its
903 way to trigger. Applications should do whatever they can to help the
904 system. It might be too late to consult with vmstat or any other
905 statistics, so it's advisable to take an immediate action.
906
907 By default, events are propagated upward until the event is handled, i.e. the
908 events are not pass-through. For example, you have three cgroups: A->B->C. Now
909 you set up an event listener on cgroups A, B and C, and suppose group C
910 experiences some pressure. In this situation, only group C will receive the
911 notification, i.e. groups A and B will not receive it. This is done to avoid
912 excessive "broadcasting" of messages, which disturbs the system and which is
913 especially bad if we are low on memory or thrashing. Group B, will receive
914 notification only if there are no event listers for group C.
915
916 There are three optional modes that specify different propagation behavior:
917
918  - "default": this is the default behavior specified above. This mode is the
919    same as omitting the optional mode parameter, preserved by backwards
920    compatibility.
921
922  - "hierarchy": events always propagate up to the root, similar to the default
923    behavior, except that propagation continues regardless of whether there are
924    event listeners at each level, with the "hierarchy" mode. In the above
925    example, groups A, B, and C will receive notification of memory pressure.
926
927  - "local": events are pass-through, i.e. they only receive notifications when
928    memory pressure is experienced in the memcg for which the notification is
929    registered. In the above example, group C will receive notification if
930    registered for "local" notification and the group experiences memory
931    pressure. However, group B will never receive notification, regardless if
932    there is an event listener for group C or not, if group B is registered for
933    local notification.
934
935 The level and event notification mode ("hierarchy" or "local", if necessary) are
936 specified by a comma-delimited string, i.e. "low,hierarchy" specifies
937 hierarchical, pass-through, notification for all ancestor memcgs. Notification
938 that is the default, non pass-through behavior, does not specify a mode.
939 "medium,local" specifies pass-through notification for the medium level.
940
941 The file memory.pressure_level is only used to setup an eventfd. To
942 register a notification, an application must:
943
944 - create an eventfd using eventfd(2);
945 - open memory.pressure_level;
946 - write string as "<event_fd> <fd of memory.pressure_level> <level[,mode]>"
947   to cgroup.event_control.
948
949 Application will be notified through eventfd when memory pressure is at
950 the specific level (or higher). Read/write operations to
951 memory.pressure_level are no implemented.
952
953 Test:
954
955    Here is a small script example that makes a new cgroup, sets up a
956    memory limit, sets up a notification in the cgroup and then makes child
957    cgroup experience a critical pressure::
958
959         # cd /sys/fs/cgroup/memory/
960         # mkdir foo
961         # cd foo
962         # cgroup_event_listener memory.pressure_level low,hierarchy &
963         # echo 8000000 > memory.limit_in_bytes
964         # echo 8000000 > memory.memsw.limit_in_bytes
965         # echo $$ > tasks
966         # dd if=/dev/zero | read x
967
968    (Expect a bunch of notifications, and eventually, the oom-killer will
969    trigger.)
970
971 12. TODO
972 ========
973
974 1. Make per-cgroup scanner reclaim not-shared pages first
975 2. Teach controller to account for shared-pages
976 3. Start reclamation in the background when the limit is
977    not yet hit but the usage is getting closer
978
979 Summary
980 =======
981
982 Overall, the memory controller has been a stable controller and has been
983 commented and discussed quite extensively in the community.
984
985 References
986 ==========
987
988 1. Singh, Balbir. RFC: Memory Controller, http://lwn.net/Articles/206697/
989 2. Singh, Balbir. Memory Controller (RSS Control),
990    http://lwn.net/Articles/222762/
991 3. Emelianov, Pavel. Resource controllers based on process cgroups
992    http://lkml.org/lkml/2007/3/6/198
993 4. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v2)
994    http://lkml.org/lkml/2007/4/9/78
995 5. Emelianov, Pavel. RSS controller based on process cgroups (v3)
996    http://lkml.org/lkml/2007/5/30/244
997 6. Menage, Paul. Control Groups v10, http://lwn.net/Articles/236032/
998 7. Vaidyanathan, Srinivasan, Control Groups: Pagecache accounting and control
999    subsystem (v3), http://lwn.net/Articles/235534/
1000 8. Singh, Balbir. RSS controller v2 test results (lmbench),
1001    http://lkml.org/lkml/2007/5/17/232
1002 9. Singh, Balbir. RSS controller v2 AIM9 results
1003    http://lkml.org/lkml/2007/5/18/1
1004 10. Singh, Balbir. Memory controller v6 test results,
1005     http://lkml.org/lkml/2007/8/19/36
1006 11. Singh, Balbir. Memory controller introduction (v6),
1007     http://lkml.org/lkml/2007/8/17/69
1008 12. Corbet, Jonathan, Controlling memory use in cgroups,
1009     http://lwn.net/Articles/243795/