Quelle  i915_gem_shrinker.c   Sprache: C

// SPDX-License-Identifier: MIT
/*
 * Copyright © 2008-2015 Intel Corporation
 */

#include <linux/oom.h>
#include <linux/sched/mm.h>
#include <linux/shmem_fs.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/swap.h>
#include <linux/pci.h>
#include <linux/dma-buf.h>
#include <linux/vmalloc.h>

#include "gt/intel_gt_requests.h"
#include "gt/intel_gt.h"

#include "i915_trace.h"

static bool swap_available(void)
{
 return get_nr_swap_pages() > 0;
}

static bool can_release_pages(struct drm_i915_gem_object *obj)
{
 /* Consider only shrinkable objects. */
 if (!i915_gem_object_is_shrinkable(obj))
  return false;

 /*
  * We can only return physical pages to the system if we can either
  * discard the contents (because the user has marked them as being
  * purgeable) or if we can move their contents out to swap.
 */
 return swap_available() || obj->mm.madv == I915_MADV_DONTNEED;
}

static bool drop_pages(struct drm_i915_gem_object *obj,
         unsigned long shrink, bool trylock_vm)
{
 unsigned long flags;

 flags = 0;
 if (shrink & I915_SHRINK_ACTIVE)
  flags |= I915_GEM_OBJECT_UNBIND_ACTIVE;
 if (!(shrink & I915_SHRINK_BOUND))
  flags |= I915_GEM_OBJECT_UNBIND_TEST;
 if (trylock_vm)
  flags |= I915_GEM_OBJECT_UNBIND_VM_TRYLOCK;

 if (i915_gem_object_unbind(obj, flags) == 0)
  return true;

 return false;
}

static int try_to_writeback(struct drm_i915_gem_object *obj, unsigned int flags)
{
 if (obj->ops->shrink) {
  unsigned int shrink_flags = 0;

  if (!(flags & I915_SHRINK_ACTIVE))
   shrink_flags |= I915_GEM_OBJECT_SHRINK_NO_GPU_WAIT;

  if (flags & I915_SHRINK_WRITEBACK)
   shrink_flags |= I915_GEM_OBJECT_SHRINK_WRITEBACK;

  return obj->ops->shrink(obj, shrink_flags);
 }

 return 0;
}

/**
 * i915_gem_shrink - Shrink buffer object caches
 * @ww: i915 gem ww acquire ctx, or NULL
 * @i915: i915 device
 * @target: amount of memory to make available, in pages
 * @nr_scanned: optional output for number of pages scanned (incremental)
 * @shrink: control flags for selecting cache types
 *
 * This function is the main interface to the shrinker. It will try to release
 * up to @target pages of main memory backing storage from buffer objects.
 * Selection of the specific caches can be done with @flags. This is e.g. useful
 * when purgeable objects should be removed from caches preferentially.
 *
 * Note that it's not guaranteed that released amount is actually available as
 * free system memory - the pages might still be in-used to due to other reasons
 * (like cpu mmaps) or the mm core has reused them before we could grab them.
 * Therefore code that needs to explicitly shrink buffer objects caches (e.g. to
 * avoid deadlocks in memory reclaim) must fall back to i915_gem_shrink_all().
 *
 * Also note that any kind of pinning (both per-vma address space pins and
 * backing storage pins at the buffer object level) result in the shrinker code
 * having to skip the object.
 *
 * Returns:
 * The number of pages of backing storage actually released.
 */
unsigned long
i915_gem_shrink(struct i915_gem_ww_ctx *ww,
  struct drm_i915_private *i915,
  unsigned long target,
  unsigned long *nr_scanned,
  unsigned int shrink)
{
 const struct {
  struct list_head *list;
  unsigned int bit;
 } phases[] = {
  { &i915->mm.purge_list, ~0u },
  {
   &i915->mm.shrink_list,
   I915_SHRINK_BOUND | I915_SHRINK_UNBOUND
  },
  { NULL, 0 },
 }, *phase;
 intel_wakeref_t wakeref = NULL;
 unsigned long count = 0;
 unsigned long scanned = 0;
 int err = 0, i = 0;
 struct intel_gt *gt;

 /* CHV + VTD workaround use stop_machine(); need to trylock vm->mutex */
 bool trylock_vm = !ww && intel_vm_no_concurrent_access_wa(i915);

 trace_i915_gem_shrink(i915, target, shrink);

 /*
  * Unbinding of objects will require HW access; Let us not wake the
  * device just to recover a little memory. If absolutely necessary,
  * we will force the wake during oom-notifier.
 */
 if (shrink & I915_SHRINK_BOUND) {
  wakeref = intel_runtime_pm_get_if_in_use(&i915->runtime_pm);
  if (!wakeref)
   shrink &= ~I915_SHRINK_BOUND;
 }

 /*
  * When shrinking the active list, we should also consider active
  * contexts. Active contexts are pinned until they are retired, and
  * so can not be simply unbound to retire and unpin their pages. To
  * shrink the contexts, we must wait until the gpu is idle and
  * completed its switch to the kernel context. In short, we do
  * not have a good mechanism for idling a specific context, but
  * what we can do is give them a kick so that we do not keep idle
  * contexts around longer than is necessary.
 */
 if (shrink & I915_SHRINK_ACTIVE) {
  for_each_gt(gt, i915, i)
   /* Retire requests to unpin all idle contexts */
   intel_gt_retire_requests(gt);
 }

 /*
  * As we may completely rewrite the (un)bound list whilst unbinding
  * (due to retiring requests) we have to strictly process only
  * one element of the list at the time, and recheck the list
  * on every iteration.
  *
  * In particular, we must hold a reference whilst removing the
  * object as we may end up waiting for and/or retiring the objects.
  * This might release the final reference (held by the active list)
  * and result in the object being freed from under us. This is
  * similar to the precautions the eviction code must take whilst
  * removing objects.
  *
  * Also note that although these lists do not hold a reference to
  * the object we can safely grab one here: The final object
  * unreferencing and the bound_list are both protected by the
  * dev->struct_mutex and so we won't ever be able to observe an
  * object on the bound_list with a reference count equals 0.
 */
 for (phase = phases; phase->list; phase++) {
  struct list_head still_in_list;
  struct drm_i915_gem_object *obj;
  unsigned long flags;

  if ((shrink & phase->bit) == 0)
   continue;

  INIT_LIST_HEAD(&still_in_list);

  /*
   * We serialize our access to unreferenced objects through
   * the use of the struct_mutex. While the objects are not
   * yet freed (due to RCU then a workqueue) we still want
   * to be able to shrink their pages, so they remain on
   * the unbound/bound list until actually freed.
 */
  spin_lock_irqsave(&i915->mm.obj_lock, flags);
  while (count < target &&
         (obj = list_first_entry_or_null(phase->list,
             typeof(*obj),
             mm.link))) {
   list_move_tail(&obj->mm.link, &still_in_list);

   if (shrink & I915_SHRINK_VMAPS &&
       !is_vmalloc_addr(obj->mm.mapping))
    continue;

   if (!(shrink & I915_SHRINK_ACTIVE) &&
       i915_gem_object_is_framebuffer(obj))
    continue;

   if (!can_release_pages(obj))
    continue;

   if (!kref_get_unless_zero(&obj->base.refcount))
    continue;

   spin_unlock_irqrestore(&i915->mm.obj_lock, flags);

   /* May arrive from get_pages on another bo */
   if (!ww) {
    if (!i915_gem_object_trylock(obj, NULL))
     goto skip;
   } else {
    err = i915_gem_object_lock(obj, ww);
    if (err)
     goto skip;
   }

   if (drop_pages(obj, shrink, trylock_vm) &&
       !__i915_gem_object_put_pages(obj) &&
       !try_to_writeback(obj, shrink))
    count += obj->base.size >> PAGE_SHIFT;

   if (!ww)
    i915_gem_object_unlock(obj);

   scanned += obj->base.size >> PAGE_SHIFT;
skip:
   i915_gem_object_put(obj);

   spin_lock_irqsave(&i915->mm.obj_lock, flags);
   if (err)
    break;
  }
  list_splice_tail(&still_in_list, phase->list);
  spin_unlock_irqrestore(&i915->mm.obj_lock, flags);
  if (err)
   break;
 }

 if (shrink & I915_SHRINK_BOUND)
  intel_runtime_pm_put(&i915->runtime_pm, wakeref);

 if (err)
  return err;

 if (nr_scanned)
  *nr_scanned += scanned;
 return count;
}

/**
 * i915_gem_shrink_all - Shrink buffer object caches completely
 * @i915: i915 device
 *
 * This is a simple wrapper around i915_gem_shrink() to aggressively shrink all
 * caches completely. It also first waits for and retires all outstanding
 * requests to also be able to release backing storage for active objects.
 *
 * This should only be used in code to intentionally quiescent the gpu or as a
 * last-ditch effort when memory seems to have run out.
 *
 * Returns:
 * The number of pages of backing storage actually released.
 */
unsigned long i915_gem_shrink_all(struct drm_i915_private *i915)
{
 intel_wakeref_t wakeref;
 unsigned long freed = 0;

 with_intel_runtime_pm(&i915->runtime_pm, wakeref) {
  freed = i915_gem_shrink(NULL, i915, -1UL, NULL,
     I915_SHRINK_BOUND |
     I915_SHRINK_UNBOUND);
 }

 return freed;
}

static unsigned long
i915_gem_shrinker_count(struct shrinker *shrinker, struct shrink_control *sc)
{
 struct drm_i915_private *i915 = shrinker->private_data;
 unsigned long num_objects;
 unsigned long count;

 count = READ_ONCE(i915->mm.shrink_memory) >> PAGE_SHIFT;
 num_objects = READ_ONCE(i915->mm.shrink_count);

 /*
  * Update our preferred vmscan batch size for the next pass.
  * Our rough guess for an effective batch size is roughly 2
  * available GEM objects worth of pages. That is we don't want
  * the shrinker to fire, until it is worth the cost of freeing an
  * entire GEM object.
 */
 if (num_objects) {
  unsigned long avg = 2 * count / num_objects;

  i915->mm.shrinker->batch =
   max((i915->mm.shrinker->batch + avg) >> 1,
       128ul /* default SHRINK_BATCH */);
 }

 return count;
}

static unsigned long
i915_gem_shrinker_scan(struct shrinker *shrinker, struct shrink_control *sc)
{
 struct drm_i915_private *i915 = shrinker->private_data;
 unsigned long freed;

 sc->nr_scanned = 0;

 freed = i915_gem_shrink(NULL, i915,
    sc->nr_to_scan,
    &sc->nr_scanned,
    I915_SHRINK_BOUND |
    I915_SHRINK_UNBOUND);
 if (sc->nr_scanned < sc->nr_to_scan && current_is_kswapd()) {
  intel_wakeref_t wakeref;

  with_intel_runtime_pm(&i915->runtime_pm, wakeref) {
   freed += i915_gem_shrink(NULL, i915,
       sc->nr_to_scan - sc->nr_scanned,
       &sc->nr_scanned,
       I915_SHRINK_ACTIVE |
       I915_SHRINK_BOUND |
       I915_SHRINK_UNBOUND |
       I915_SHRINK_WRITEBACK);
  }
 }

 return sc->nr_scanned ? freed : SHRINK_STOP;
}

static int
i915_gem_shrinker_oom(struct notifier_block *nb, unsigned long event, void *ptr)
{
 struct drm_i915_private *i915 =
  container_of(nb, struct drm_i915_private, mm.oom_notifier);
 struct drm_i915_gem_object *obj;
 unsigned long unevictable, available, freed_pages;
 intel_wakeref_t wakeref;
 unsigned long flags;

 freed_pages = 0;
 with_intel_runtime_pm(&i915->runtime_pm, wakeref)
  freed_pages += i915_gem_shrink(NULL, i915, -1UL, NULL,
            I915_SHRINK_BOUND |
            I915_SHRINK_UNBOUND |
            I915_SHRINK_WRITEBACK);

 /* Because we may be allocating inside our own driver, we cannot
  * assert that there are no objects with pinned pages that are not
  * being pointed to by hardware.
 */
 available = unevictable = 0;
 spin_lock_irqsave(&i915->mm.obj_lock, flags);
 list_for_each_entry(obj, &i915->mm.shrink_list, mm.link) {
  if (!can_release_pages(obj))
   unevictable += obj->base.size >> PAGE_SHIFT;
  else
   available += obj->base.size >> PAGE_SHIFT;
 }
 spin_unlock_irqrestore(&i915->mm.obj_lock, flags);

 if (freed_pages || available)
  pr_info("Purging GPU memory, %lu pages freed, "
   "%lu pages still pinned, %lu pages left available.\n",
   freed_pages, unevictable, available);

 *(unsigned long *)ptr += freed_pages;
 return NOTIFY_DONE;
}

static int
i915_gem_shrinker_vmap(struct notifier_block *nb, unsigned long event, void *ptr)
{
 struct drm_i915_private *i915 =
  container_of(nb, struct drm_i915_private, mm.vmap_notifier);
 struct i915_vma *vma, *next;
 unsigned long freed_pages = 0;
 intel_wakeref_t wakeref;
 struct intel_gt *gt;
 int i;

 with_intel_runtime_pm(&i915->runtime_pm, wakeref)
  freed_pages += i915_gem_shrink(NULL, i915, -1UL, NULL,
            I915_SHRINK_BOUND |
            I915_SHRINK_UNBOUND |
            I915_SHRINK_VMAPS);

 /* We also want to clear any cached iomaps as they wrap vmap */
 for_each_gt(gt, i915, i) {
  mutex_lock(>->ggtt->vm.mutex);
  list_for_each_entry_safe(vma, next,
      >->ggtt->vm.bound_list, vm_link) {
   unsigned long count = i915_vma_size(vma) >> PAGE_SHIFT;
   struct drm_i915_gem_object *obj = vma->obj;

   if (!vma->iomap || i915_vma_is_active(vma))
    continue;

   if (!i915_gem_object_trylock(obj, NULL))
    continue;

   if (__i915_vma_unbind(vma) == 0)
    freed_pages += count;

   i915_gem_object_unlock(obj);
  }
  mutex_unlock(>->ggtt->vm.mutex);
 }

 *(unsigned long *)ptr += freed_pages;
 return NOTIFY_DONE;
}

void i915_gem_driver_register__shrinker(struct drm_i915_private *i915)
{
 i915->mm.shrinker = shrinker_alloc(0, "drm-i915_gem");
 if (!i915->mm.shrinker) {
  drm_WARN_ON(&i915->drm, 1);
 } else {
  i915->mm.shrinker->scan_objects = i915_gem_shrinker_scan;
  i915->mm.shrinker->count_objects = i915_gem_shrinker_count;
  i915->mm.shrinker->batch = 4096;
  i915->mm.shrinker->private_data = i915;

  shrinker_register(i915->mm.shrinker);
 }

 i915->mm.oom_notifier.notifier_call = i915_gem_shrinker_oom;
 drm_WARN_ON(&i915->drm, register_oom_notifier(&i915->mm.oom_notifier));

 i915->mm.vmap_notifier.notifier_call = i915_gem_shrinker_vmap;
 drm_WARN_ON(&i915->drm,
      register_vmap_purge_notifier(&i915->mm.vmap_notifier));
}

void i915_gem_driver_unregister__shrinker(struct drm_i915_private *i915)
{
 drm_WARN_ON(&i915->drm,
      unregister_vmap_purge_notifier(&i915->mm.vmap_notifier));
 drm_WARN_ON(&i915->drm,
      unregister_oom_notifier(&i915->mm.oom_notifier));
 shrinker_free(i915->mm.shrinker);
}

void i915_gem_shrinker_taints_mutex(struct drm_i915_private *i915,
        struct mutex *mutex)
{
 if (!IS_ENABLED(CONFIG_LOCKDEP))
  return;

 fs_reclaim_acquire(GFP_KERNEL);

 mutex_acquire(&mutex->dep_map, 0, 0, _RET_IP_);
 mutex_release(&mutex->dep_map, _RET_IP_);

 fs_reclaim_release(GFP_KERNEL);
}

/**
 * i915_gem_object_make_unshrinkable - Hide the object from the shrinker. By
 * default all object types that support shrinking(see IS_SHRINKABLE), will also
 * make the object visible to the shrinker after allocating the system memory
 * pages.
 * @obj: The GEM object.
 *
 * This is typically used for special kernel internal objects that can't be
 * easily processed by the shrinker, like if they are perma-pinned.
 */
void i915_gem_object_make_unshrinkable(struct drm_i915_gem_object *obj)
{
 struct drm_i915_private *i915 = obj_to_i915(obj);
 unsigned long flags;

 /*
  * We can only be called while the pages are pinned or when
  * the pages are released. If pinned, we should only be called
  * from a single caller under controlled conditions; and on release
  * only one caller may release us. Neither the two may cross.
 */
 if (atomic_add_unless(&obj->mm.shrink_pin, 1, 0))
  return;

 spin_lock_irqsave(&i915->mm.obj_lock, flags);
 if (!atomic_fetch_inc(&obj->mm.shrink_pin) &&
     !list_empty(&obj->mm.link)) {
  list_del_init(&obj->mm.link);
  i915->mm.shrink_count--;
  i915->mm.shrink_memory -= obj->base.size;
 }
 spin_unlock_irqrestore(&i915->mm.obj_lock, flags);
}

static void ___i915_gem_object_make_shrinkable(struct drm_i915_gem_object *obj,
            struct list_head *head)
{
 struct drm_i915_private *i915 = obj_to_i915(obj);
 unsigned long flags;

 if (!i915_gem_object_is_shrinkable(obj))
  return;

 if (atomic_add_unless(&obj->mm.shrink_pin, -1, 1))
  return;

 spin_lock_irqsave(&i915->mm.obj_lock, flags);
 GEM_BUG_ON(!kref_read(&obj->base.refcount));
 if (atomic_dec_and_test(&obj->mm.shrink_pin)) {
  GEM_BUG_ON(!list_empty(&obj->mm.link));

  list_add_tail(&obj->mm.link, head);
  i915->mm.shrink_count++;
  i915->mm.shrink_memory += obj->base.size;

 }
 spin_unlock_irqrestore(&i915->mm.obj_lock, flags);
}

/**
 * __i915_gem_object_make_shrinkable - Move the object to the tail of the
 * shrinkable list. Objects on this list might be swapped out. Used with
 * WILLNEED objects.
 * @obj: The GEM object.
 *
 * DO NOT USE. This is intended to be called on very special objects that don't
 * yet have mm.pages, but are guaranteed to have potentially reclaimable pages
 * underneath.
 */
void __i915_gem_object_make_shrinkable(struct drm_i915_gem_object *obj)
{
 ___i915_gem_object_make_shrinkable(obj,
        &obj_to_i915(obj)->mm.shrink_list);
}

/**
 * __i915_gem_object_make_purgeable - Move the object to the tail of the
 * purgeable list. Objects on this list might be swapped out. Used with
 * DONTNEED objects.
 * @obj: The GEM object.
 *
 * DO NOT USE. This is intended to be called on very special objects that don't
 * yet have mm.pages, but are guaranteed to have potentially reclaimable pages
 * underneath.
 */
void __i915_gem_object_make_purgeable(struct drm_i915_gem_object *obj)
{
 ___i915_gem_object_make_shrinkable(obj,
        &obj_to_i915(obj)->mm.purge_list);
}

/**
 * i915_gem_object_make_shrinkable - Move the object to the tail of the
 * shrinkable list. Objects on this list might be swapped out. Used with
 * WILLNEED objects.
 * @obj: The GEM object.
 *
 * MUST only be called on objects which have backing pages.
 *
 * MUST be balanced with previous call to i915_gem_object_make_unshrinkable().
 */
void i915_gem_object_make_shrinkable(struct drm_i915_gem_object *obj)
{
 GEM_BUG_ON(!i915_gem_object_has_pages(obj));
 __i915_gem_object_make_shrinkable(obj);
}

/**
 * i915_gem_object_make_purgeable - Move the object to the tail of the purgeable
 * list. Used with DONTNEED objects. Unlike with shrinkable objects, the
 * shrinker will attempt to discard the backing pages, instead of trying to swap
 * them out.
 * @obj: The GEM object.
 *
 * MUST only be called on objects which have backing pages.
 *
 * MUST be balanced with previous call to i915_gem_object_make_unshrinkable().
 */
void i915_gem_object_make_purgeable(struct drm_i915_gem_object *obj)
{
 GEM_BUG_ON(!i915_gem_object_has_pages(obj));
 __i915_gem_object_make_purgeable(obj);
}