]> git.karo-electronics.de Git - karo-tx-linux.git/commitdiff
swap: add a simple detector for inappropriate swapin readahead
authorShaohua Li <shli@kernel.org>
Thu, 18 Jul 2013 23:56:46 +0000 (09:56 +1000)
committerStephen Rothwell <sfr@canb.auug.org.au>
Thu, 18 Jul 2013 23:56:46 +0000 (09:56 +1000)
This is a patch to improve swap readahead algorithm. It's from Hugh and I
slightly changed it.

Hugh's original changelog:

swapin readahead does a blind readahead, whether or not the swapin
is sequential.  This may be ok on harddisk, because large reads have
relatively small costs, and if the readahead pages are unneeded they
can be reclaimed easily - though, what if their allocation forced
reclaim of useful pages?  But on SSD devices large reads are more
expensive than small ones: if the readahead pages are unneeded,
reading them in caused significant overhead.

This patch adds very simplistic random read detection.  Stealing
the PageReadahead technique from Konstantin Khlebnikov's patch,
avoiding the vma/anon_vma sophistications of Shaohua Li's patch,
swapin_nr_pages() simply looks at readahead's current success
rate, and narrows or widens its readahead window accordingly.
There is little science to its heuristic: it's about as stupid
as can be whilst remaining effective.

The table below shows elapsed times (in centiseconds) when running
a single repetitive swapping load across a 1000MB mapping in 900MB
ram with 1GB swap (the harddisk tests had taken painfully too long
when I used mem=500M, but SSD shows similar results for that).

Vanilla is the 3.6-rc7 kernel on which I started; Shaohua denotes
his Sep 3 patch in mmotm and linux-next; HughOld denotes my Oct 1
patch which Shaohua showed to be defective; HughNew this Nov 14
patch, with page_cluster as usual at default of 3 (8-page reads);
HughPC4 this same patch with page_cluster 4 (16-page reads);
HughPC0 with page_cluster 0 (1-page reads: no readahead).

HDD for swapping to harddisk, SSD for swapping to VertexII SSD.
Seq for sequential access to the mapping, cycling five times around;
Rand for the same number of random touches.  Anon for a MAP_PRIVATE
anon mapping; Shmem for a MAP_SHARED anon mapping, equivalent to tmpfs.

One weakness of Shaohua's vma/anon_vma approach was that it did
not optimize Shmem: seen below.  Konstantin's approach was perhaps
mistuned, 50% slower on Seq: did not compete and is not shown below.

HDD        Vanilla Shaohua HughOld HughNew HughPC4 HughPC0
Seq Anon     73921   76210   75611   76904   78191  121542
Seq Shmem    73601   73176   73855   72947   74543  118322
Rand Anon   895392  831243  871569  845197  846496  841680
Rand Shmem 1058375 1053486  827935  764955  764376  756489

SSD        Vanilla Shaohua HughOld HughNew HughPC4 HughPC0
Seq Anon     24634   24198   24673   25107   21614   70018
Seq Shmem    24959   24932   25052   25703   22030   69678
Rand Anon    43014   26146   28075   25989   26935   25901
Rand Shmem   45349   45215   28249   24268   24138   24332

These tests are, of course, two extremes of a very simple case:
under heavier mixed loads I've not yet observed any consistent
improvement or degradation, and wider testing would be welcome.

Shaohua Li:

Test shows Vanilla is slightly better in sequential workload than Hugh's patch.
I observed with Hugh's patch sometimes the readahead size is shrinked too fast
(from 8 to 1 immediately) in sequential workload if there is no hit. And in
such case, continuing doing readahead is good actually.

I don't prepare a sophisticated algorithm for the sequential workload because
so far we can't guarantee sequential accessed pages are swap out sequentially.
So I slightly change Hugh's heuristic - don't shrink readahead size too fast.

Here is my test result (unit second, 3 runs average):
Vanilla Hugh New
Seq 356 370 360
Random 4525 2447 2444

Attached graph is the swapin/swapout throughput I collected with 'vmstat 2'.
The first part is running a random workload (till around 1200 of the x-axis)
and the second part is running a sequential workload. swapin and swapout
throughput are almost identical in steady state in both workloads. These are
expected behavior. while in Vanilla, swapin is much bigger than swapout
especially in random workload (because wrong readahead).

Original patches by: Shaohua Li and Konstantin Khlebnikov.

Signed-off-by: Hugh Dickins <hughd@google.com>
Signed-off-by: Shaohua Li <shli@fusionio.com>
Cc: Rik van Riel <riel@redhat.com>
Cc: Wu Fengguang <fengguang.wu@intel.com>
Cc: Minchan Kim <minchan@kernel.org>
Cc: Konstantin Khlebnikov <khlebnikov@openvz.org>
Signed-off-by: Andrew Morton <akpm@linux-foundation.org>
include/linux/page-flags.h
mm/swap_state.c

index 6d53675c2b54691225b12f3f23c914aca86c35ac..f1a5b5937be4f2570110967a7303cefaa15b2b90 100644 (file)
@@ -228,9 +228,9 @@ PAGEFLAG(OwnerPriv1, owner_priv_1) TESTCLEARFLAG(OwnerPriv1, owner_priv_1)
 TESTPAGEFLAG(Writeback, writeback) TESTSCFLAG(Writeback, writeback)
 PAGEFLAG(MappedToDisk, mappedtodisk)
 
-/* PG_readahead is only used for file reads; PG_reclaim is only for writes */
+/* PG_readahead is only used for reads; PG_reclaim is only for writes */
 PAGEFLAG(Reclaim, reclaim) TESTCLEARFLAG(Reclaim, reclaim)
-PAGEFLAG(Readahead, reclaim)           /* Reminder to do async read-ahead */
+PAGEFLAG(Readahead, reclaim) TESTCLEARFLAG(Readahead, reclaim)
 
 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
 /*
index f24ab0dff554262e1da6866b866a4584871f8d9c..e36a12d8ea2a0b7a1ac60de0cb51e5bd20d9795a 100644 (file)
@@ -63,6 +63,8 @@ unsigned long total_swapcache_pages(void)
        return ret;
 }
 
+static atomic_t swapin_readahead_hits = ATOMIC_INIT(4);
+
 void show_swap_cache_info(void)
 {
        printk("%lu pages in swap cache\n", total_swapcache_pages());
@@ -286,8 +288,11 @@ struct page * lookup_swap_cache(swp_entry_t entry)
 
        page = find_get_page(swap_address_space(entry), entry.val);
 
-       if (page)
+       if (page) {
                INC_CACHE_INFO(find_success);
+               if (TestClearPageReadahead(page))
+                       atomic_inc(&swapin_readahead_hits);
+       }
 
        INC_CACHE_INFO(find_total);
        return page;
@@ -389,6 +394,50 @@ struct page *read_swap_cache_async(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
        return found_page;
 }
 
+unsigned long swapin_nr_pages(unsigned long offset)
+{
+       static unsigned long prev_offset;
+       unsigned int pages, max_pages, last_ra;
+       static atomic_t last_readahead_pages;
+
+       max_pages = 1 << ACCESS_ONCE(page_cluster);
+       if (max_pages <= 1)
+               return 1;
+
+       /*
+        * This heuristic has been found to work well on both sequential and
+        * random loads, swapping to hard disk or to SSD: please don't ask
+        * what the "+ 2" means, it just happens to work well, that's all.
+        */
+       pages = atomic_xchg(&swapin_readahead_hits, 0) + 2;
+       if (pages == 2) {
+               /*
+                * We can have no readahead hits to judge by: but must not get
+                * stuck here forever, so check for an adjacent offset instead
+                * (and don't even bother to check whether swap type is same).
+                */
+               if (offset != prev_offset + 1 && offset != prev_offset - 1)
+                       pages = 1;
+               prev_offset = offset;
+       } else {
+               unsigned int roundup = 4;
+               while (roundup < pages)
+                       roundup <<= 1;
+               pages = roundup;
+       }
+
+       if (pages > max_pages)
+               pages = max_pages;
+
+       /* Don't shrink readahead too fast */
+       last_ra = atomic_read(&last_readahead_pages) / 2;
+       if (pages < last_ra)
+               pages = last_ra;
+       atomic_set(&last_readahead_pages, pages);
+
+       return pages;
+}
+
 /**
  * swapin_readahead - swap in pages in hope we need them soon
  * @entry: swap entry of this memory
@@ -412,11 +461,16 @@ struct page *swapin_readahead(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
                        struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr)
 {
        struct page *page;
-       unsigned long offset = swp_offset(entry);
+       unsigned long entry_offset = swp_offset(entry);
+       unsigned long offset = entry_offset;
        unsigned long start_offset, end_offset;
-       unsigned long mask = (1UL << page_cluster) - 1;
+       unsigned long mask;
        struct blk_plug plug;
 
+       mask = swapin_nr_pages(offset) - 1;
+       if (!mask)
+               goto skip;
+
        /* Read a page_cluster sized and aligned cluster around offset. */
        start_offset = offset & ~mask;
        end_offset = offset | mask;
@@ -430,10 +484,13 @@ struct page *swapin_readahead(swp_entry_t entry, gfp_t gfp_mask,
                                                gfp_mask, vma, addr);
                if (!page)
                        continue;
+               if (offset != entry_offset)
+                       SetPageReadahead(page);
                page_cache_release(page);
        }
        blk_finish_plug(&plug);
 
        lru_add_drain();        /* Push any new pages onto the LRU now */
+skip:
        return read_swap_cache_async(entry, gfp_mask, vma, addr);
 }