sys/kern/subr_vmem.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c)2006,2007,2008,2009 YAMAMOTO Takashi,
   5  * Copyright (c) 2013 EMC Corp.
   6  * All rights reserved.
   7  *
   8  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
   9  * modification, are permitted provided that the following conditions
  10  * are met:
  11  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  12  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer.
  13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  16  *
  17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR AND CONTRIBUTORS ``AS IS'' AND
  18  * ANY EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE
  19  * IMPLIED WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE
  20  * ARE DISCLAIMED.  IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR OR CONTRIBUTORS BE LIABLE
  21  * FOR ANY DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL
  22  * DAMAGES (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS
  23  * OR SERVICES; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION)
  24  * HOWEVER CAUSED AND ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT
  25  * LIABILITY, OR TORT (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY
  26  * OUT OF THE USE OF THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF
  27  * SUCH DAMAGE.
  28  */
  29
  30 /*
  31  * From:
  32  *      $NetBSD: vmem_impl.h,v 1.2 2013/01/29 21:26:24 para Exp $
  33  *      $NetBSD: subr_vmem.c,v 1.83 2013/03/06 11:20:10 yamt Exp $
  34  */
  35
  36 /*
  37  * reference:
  38  * -    Magazines and Vmem: Extending the Slab Allocator
  39  *      to Many CPUs and Arbitrary Resources
  40  *      http://www.usenix.org/event/usenix01/bonwick.html
  41  */
  42
  43 #include <sys/cdefs.h>
  44 __FBSDID("$FreeBSD$");
  45
  46 #include "opt_ddb.h"
  47
  48 #include <sys/param.h>
  49 #include <sys/systm.h>
  50 #include <sys/kernel.h>
  51 #include <sys/queue.h>
  52 #include <sys/callout.h>
  53 #include <sys/hash.h>
  54 #include <sys/lock.h>
  55 #include <sys/malloc.h>
  56 #include <sys/mutex.h>
  57 #include <sys/smp.h>
  58 #include <sys/condvar.h>
  59 #include <sys/sysctl.h>
  60 #include <sys/taskqueue.h>
  61 #include <sys/vmem.h>
  62 #include <sys/vmmeter.h>
  63
  64 #include "opt_vm.h"
  65
  66 #include <vm/uma.h>
  67 #include <vm/vm.h>
  68 #include <vm/pmap.h>
  69 #include <vm/vm_map.h>
  70 #include <vm/vm_object.h>
  71 #include <vm/vm_kern.h>
  72 #include <vm/vm_extern.h>
  73 #include <vm/vm_param.h>
  74 #include <vm/vm_page.h>
  75 #include <vm/vm_pageout.h>
  76 #include <vm/vm_phys.h>
  77 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  78 #include <vm/uma_int.h>
  79
  80 int     vmem_startup_count(void);
  81
  82 #define VMEM_OPTORDER           5
  83 #define VMEM_OPTVALUE           (1 << VMEM_OPTORDER)
  84 #define VMEM_MAXORDER                                           \
  85     (VMEM_OPTVALUE - 1 + sizeof(vmem_size_t) * NBBY - VMEM_OPTORDER)
  86
  87 #define VMEM_HASHSIZE_MIN       16
  88 #define VMEM_HASHSIZE_MAX       131072
  89
  90 #define VMEM_QCACHE_IDX_MAX     16
  91
  92 #define VMEM_FITMASK    (M_BESTFIT | M_FIRSTFIT)
  93
  94 #define VMEM_FLAGS                                              \
  95     (M_NOWAIT | M_WAITOK | M_USE_RESERVE | M_NOVM | M_BESTFIT | M_FIRSTFIT)
  96
  97 #define BT_FLAGS        (M_NOWAIT | M_WAITOK | M_USE_RESERVE | M_NOVM)
  98
  99 #define QC_NAME_MAX     16
 100
 101 /*
 102  * Data structures private to vmem.
 103  */
 104 MALLOC_DEFINE(M_VMEM, "vmem", "vmem internal structures");
 105
 106 typedef struct vmem_btag bt_t;
 107
 108 TAILQ_HEAD(vmem_seglist, vmem_btag);
 109 LIST_HEAD(vmem_freelist, vmem_btag);
 110 LIST_HEAD(vmem_hashlist, vmem_btag);
 111
 112 struct qcache {
 113         uma_zone_t      qc_cache;
 114         vmem_t          *qc_vmem;
 115         vmem_size_t     qc_size;
 116         char            qc_name[QC_NAME_MAX];
 117 };
 118 typedef struct qcache qcache_t;
 119 #define QC_POOL_TO_QCACHE(pool) ((qcache_t *)(pool->pr_qcache))
 120
 121 #define VMEM_NAME_MAX   16
 122
 123 /* vmem arena */
 124 struct vmem {
 125         struct mtx_padalign     vm_lock;
 126         struct cv               vm_cv;
 127         char                    vm_name[VMEM_NAME_MAX+1];
 128         LIST_ENTRY(vmem)        vm_alllist;
 129         struct vmem_hashlist    vm_hash0[VMEM_HASHSIZE_MIN];
 130         struct vmem_freelist    vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
 131         struct vmem_seglist     vm_seglist;
 132         struct vmem_hashlist    *vm_hashlist;
 133         vmem_size_t             vm_hashsize;
 134
 135         /* Constant after init */
 136         vmem_size_t             vm_qcache_max;
 137         vmem_size_t             vm_quantum_mask;
 138         vmem_size_t             vm_import_quantum;
 139         int                     vm_quantum_shift;
 140
 141         /* Written on alloc/free */
 142         LIST_HEAD(, vmem_btag)  vm_freetags;
 143         int                     vm_nfreetags;
 144         int                     vm_nbusytag;
 145         vmem_size_t             vm_inuse;
 146         vmem_size_t             vm_size;
 147         vmem_size_t             vm_limit;
 148
 149         /* Used on import. */
 150         vmem_import_t           *vm_importfn;
 151         vmem_release_t          *vm_releasefn;
 152         void                    *vm_arg;
 153
 154         /* Space exhaustion callback. */
 155         vmem_reclaim_t          *vm_reclaimfn;
 156
 157         /* quantum cache */
 158         qcache_t                vm_qcache[VMEM_QCACHE_IDX_MAX];
 159 };
 160
 161 /* boundary tag */
 162 struct vmem_btag {
 163         TAILQ_ENTRY(vmem_btag) bt_seglist;
 164         union {
 165                 LIST_ENTRY(vmem_btag) u_freelist; /* BT_TYPE_FREE */
 166                 LIST_ENTRY(vmem_btag) u_hashlist; /* BT_TYPE_BUSY */
 167         } bt_u;
 168 #define bt_hashlist     bt_u.u_hashlist
 169 #define bt_freelist     bt_u.u_freelist
 170         vmem_addr_t     bt_start;
 171         vmem_size_t     bt_size;
 172         int             bt_type;
 173 };
 174
 175 #define BT_TYPE_SPAN            1       /* Allocated from importfn */
 176 #define BT_TYPE_SPAN_STATIC     2       /* vmem_add() or create. */
 177 #define BT_TYPE_FREE            3       /* Available space. */
 178 #define BT_TYPE_BUSY            4       /* Used space. */
 179 #define BT_ISSPAN_P(bt) ((bt)->bt_type <= BT_TYPE_SPAN_STATIC)
 180
 181 #define BT_END(bt)      ((bt)->bt_start + (bt)->bt_size - 1)
 182
 183 #if defined(DIAGNOSTIC)
 184 static int enable_vmem_check = 1;
 185 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, vmem_check, CTLFLAG_RWTUN,
 186     &enable_vmem_check, 0, "Enable vmem check");
 187 static void vmem_check(vmem_t *);
 188 #endif
 189
 190 static struct callout   vmem_periodic_ch;
 191 static int              vmem_periodic_interval;
 192 static struct task      vmem_periodic_wk;
 193
 194 static struct mtx_padalign __exclusive_cache_line vmem_list_lock;
 195 static LIST_HEAD(, vmem) vmem_list = LIST_HEAD_INITIALIZER(vmem_list);
 196 static uma_zone_t vmem_zone;
 197
 198 /* ---- misc */
 199 #define VMEM_CONDVAR_INIT(vm, wchan)    cv_init(&vm->vm_cv, wchan)
 200 #define VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm)        cv_destroy(&vm->vm_cv)
 201 #define VMEM_CONDVAR_WAIT(vm)           cv_wait(&vm->vm_cv, &vm->vm_lock)
 202 #define VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm)      cv_broadcast(&vm->vm_cv)
 203
 204
 205 #define VMEM_LOCK(vm)           mtx_lock(&vm->vm_lock)
 206 #define VMEM_TRYLOCK(vm)        mtx_trylock(&vm->vm_lock)
 207 #define VMEM_UNLOCK(vm)         mtx_unlock(&vm->vm_lock)
 208 #define VMEM_LOCK_INIT(vm, name) mtx_init(&vm->vm_lock, (name), NULL, MTX_DEF)
 209 #define VMEM_LOCK_DESTROY(vm)   mtx_destroy(&vm->vm_lock)
 210 #define VMEM_ASSERT_LOCKED(vm)  mtx_assert(&vm->vm_lock, MA_OWNED);
 211
 212 #define VMEM_ALIGNUP(addr, align)       (-(-(addr) & -(align)))
 213
 214 #define VMEM_CROSS_P(addr1, addr2, boundary) \
 215         ((((addr1) ^ (addr2)) & -(boundary)) != 0)
 216
 217 #define ORDER2SIZE(order)       ((order) < VMEM_OPTVALUE ? ((order) + 1) : \
 218     (vmem_size_t)1 << ((order) - (VMEM_OPTVALUE - VMEM_OPTORDER - 1)))
 219 #define SIZE2ORDER(size)        ((size) <= VMEM_OPTVALUE ? ((size) - 1) : \
 220     (flsl(size) + (VMEM_OPTVALUE - VMEM_OPTORDER - 2)))
 221
 222 /*
 223  * Maximum number of boundary tags that may be required to satisfy an
 224  * allocation.  Two may be required to import.  Another two may be
 225  * required to clip edges.
 226  */
 227 #define BT_MAXALLOC     4
 228
 229 /*
 230  * Max free limits the number of locally cached boundary tags.  We
 231  * just want to avoid hitting the zone allocator for every call.
 232  */
 233 #define BT_MAXFREE      (BT_MAXALLOC * 8)
 234
 235 /* Allocator for boundary tags. */
 236 static uma_zone_t vmem_bt_zone;
 237
 238 /* boot time arena storage. */
 239 static struct vmem kernel_arena_storage;
 240 static struct vmem buffer_arena_storage;
 241 static struct vmem transient_arena_storage;
 242 /* kernel and kmem arenas are aliased for backwards KPI compat. */
 243 vmem_t *kernel_arena = &kernel_arena_storage;
 244 vmem_t *kmem_arena = &kernel_arena_storage;
 245 vmem_t *buffer_arena = &buffer_arena_storage;
 246 vmem_t *transient_arena = &transient_arena_storage;
 247
 248 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 249 static struct vmem memguard_arena_storage;
 250 vmem_t *memguard_arena = &memguard_arena_storage;
 251 #endif
 252
 253 /*
 254  * Fill the vmem's boundary tag cache.  We guarantee that boundary tag
 255  * allocation will not fail once bt_fill() passes.  To do so we cache
 256  * at least the maximum possible tag allocations in the arena.
 257  */
 258 static int
 259 bt_fill(vmem_t *vm, int flags)
 260 {
 261         bt_t *bt;
 262
 263         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 264
 265         /*
 266          * Only allow the kernel arena and arenas derived from kernel arena to
 267          * dip into reserve tags.  They are where new tags come from.
 268          */
 269         flags &= BT_FLAGS;
 270         if (vm != kernel_arena && vm->vm_arg != kernel_arena)
 271                 flags &= ~M_USE_RESERVE;
 272
 273         /*
 274          * Loop until we meet the reserve.  To minimize the lock shuffle
 275          * and prevent simultaneous fills we first try a NOWAIT regardless
 276          * of the caller's flags.  Specify M_NOVM so we don't recurse while
 277          * holding a vmem lock.
 278          */
 279         while (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC) {
 280                 bt = uma_zalloc(vmem_bt_zone,
 281                     (flags & M_USE_RESERVE) | M_NOWAIT | M_NOVM);
 282                 if (bt == NULL) {
 283                         VMEM_UNLOCK(vm);
 284                         bt = uma_zalloc(vmem_bt_zone, flags);
 285                         VMEM_LOCK(vm);
 286                         if (bt == NULL && (flags & M_NOWAIT) != 0)
 287                                 break;
 288                 }
 289                 LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
 290                 vm->vm_nfreetags++;
 291         }
 292
 293         if (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC)
 294                 return ENOMEM;
 295
 296         return 0;
 297 }
 298
 299 /*
 300  * Pop a tag off of the freetag stack.
 301  */
 302 static bt_t *
 303 bt_alloc(vmem_t *vm)
 304 {
 305         bt_t *bt;
 306
 307         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 308         bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
 309         MPASS(bt != NULL);
 310         LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 311         vm->vm_nfreetags--;
 312
 313         return bt;
 314 }
 315
 316 /*
 317  * Trim the per-vmem free list.  Returns with the lock released to
 318  * avoid allocator recursions.
 319  */
 320 static void
 321 bt_freetrim(vmem_t *vm, int freelimit)
 322 {
 323         LIST_HEAD(, vmem_btag) freetags;
 324         bt_t *bt;
 325
 326         LIST_INIT(&freetags);
 327         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 328         while (vm->vm_nfreetags > freelimit) {
 329                 bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
 330                 LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 331                 vm->vm_nfreetags--;
 332                 LIST_INSERT_HEAD(&freetags, bt, bt_freelist);
 333         }
 334         VMEM_UNLOCK(vm);
 335         while ((bt = LIST_FIRST(&freetags)) != NULL) {
 336                 LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 337                 uma_zfree(vmem_bt_zone, bt);
 338         }
 339 }
 340
 341 static inline void
 342 bt_free(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 343 {
 344
 345         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 346         MPASS(LIST_FIRST(&vm->vm_freetags) != bt);
 347         LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
 348         vm->vm_nfreetags++;
 349 }
 350
 351 /*
 352  * freelist[0] ... [1, 1]
 353  * freelist[1] ... [2, 2]
 354  *  :
 355  * freelist[29] ... [30, 30]
 356  * freelist[30] ... [31, 31]
 357  * freelist[31] ... [32, 63]
 358  * freelist[33] ... [64, 127]
 359  *  :
 360  * freelist[n] ... [(1 << (n - 26)), (1 << (n - 25)) - 1]
 361  *  :
 362  */
 363
 364 static struct vmem_freelist *
 365 bt_freehead_tofree(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
 366 {
 367         const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
 368         const int idx = SIZE2ORDER(qsize);
 369
 370         MPASS(size != 0 && qsize != 0);
 371         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 372         MPASS(idx >= 0);
 373         MPASS(idx < VMEM_MAXORDER);
 374
 375         return &vm->vm_freelist[idx];
 376 }
 377
 378 /*
 379  * bt_freehead_toalloc: return the freelist for the given size and allocation
 380  * strategy.
 381  *
 382  * For M_FIRSTFIT, return the list in which any blocks are large enough
 383  * for the requested size.  otherwise, return the list which can have blocks
 384  * large enough for the requested size.
 385  */
 386 static struct vmem_freelist *
 387 bt_freehead_toalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, int strat)
 388 {
 389         const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
 390         int idx = SIZE2ORDER(qsize);
 391
 392         MPASS(size != 0 && qsize != 0);
 393         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 394
 395         if (strat == M_FIRSTFIT && ORDER2SIZE(idx) != qsize) {
 396                 idx++;
 397                 /* check too large request? */
 398         }
 399         MPASS(idx >= 0);
 400         MPASS(idx < VMEM_MAXORDER);
 401
 402         return &vm->vm_freelist[idx];
 403 }
 404
 405 /* ---- boundary tag hash */
 406
 407 static struct vmem_hashlist *
 408 bt_hashhead(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
 409 {
 410         struct vmem_hashlist *list;
 411         unsigned int hash;
 412
 413         hash = hash32_buf(&addr, sizeof(addr), 0);
 414         list = &vm->vm_hashlist[hash % vm->vm_hashsize];
 415
 416         return list;
 417 }
 418
 419 static bt_t *
 420 bt_lookupbusy(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
 421 {
 422         struct vmem_hashlist *list;
 423         bt_t *bt;
 424
 425         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 426         list = bt_hashhead(vm, addr);
 427         LIST_FOREACH(bt, list, bt_hashlist) {
 428                 if (bt->bt_start == addr) {
 429                         break;
 430                 }
 431         }
 432
 433         return bt;
 434 }
 435
 436 static void
 437 bt_rembusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 438 {
 439
 440         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 441         MPASS(vm->vm_nbusytag > 0);
 442         vm->vm_inuse -= bt->bt_size;
 443         vm->vm_nbusytag--;
 444         LIST_REMOVE(bt, bt_hashlist);
 445 }
 446
 447 static void
 448 bt_insbusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 449 {
 450         struct vmem_hashlist *list;
 451
 452         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 453         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
 454
 455         list = bt_hashhead(vm, bt->bt_start);
 456         LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_hashlist);
 457         vm->vm_nbusytag++;
 458         vm->vm_inuse += bt->bt_size;
 459 }
 460
 461 /* ---- boundary tag list */
 462
 463 static void
 464 bt_remseg(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 465 {
 466
 467         TAILQ_REMOVE(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
 468         bt_free(vm, bt);
 469 }
 470
 471 static void
 472 bt_insseg(vmem_t *vm, bt_t *bt, bt_t *prev)
 473 {
 474
 475         TAILQ_INSERT_AFTER(&vm->vm_seglist, prev, bt, bt_seglist);
 476 }
 477
 478 static void
 479 bt_insseg_tail(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 480 {
 481
 482         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
 483 }
 484
 485 static void
 486 bt_remfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 487 {
 488
 489         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
 490
 491         LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 492 }
 493
 494 static void
 495 bt_insfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 496 {
 497         struct vmem_freelist *list;
 498
 499         list = bt_freehead_tofree(vm, bt->bt_size);
 500         LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_freelist);
 501 }
 502
 503 /* ---- vmem internal functions */
 504
 505 /*
 506  * Import from the arena into the quantum cache in UMA.
 507  */
 508 static int
 509 qc_import(void *arg, void **store, int cnt, int domain, int flags)
 510 {
 511         qcache_t *qc;
 512         vmem_addr_t addr;
 513         int i;
 514
 515         qc = arg;
 516         if ((flags & VMEM_FITMASK) == 0)
 517                 flags |= M_BESTFIT;
 518         for (i = 0; i < cnt; i++) {
 519                 if (vmem_xalloc(qc->qc_vmem, qc->qc_size, 0, 0, 0,
 520                     VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags, &addr) != 0)
 521                         break;
 522                 store[i] = (void *)addr;
 523                 /* Only guarantee one allocation. */
 524                 flags &= ~M_WAITOK;
 525                 flags |= M_NOWAIT;
 526         }
 527         return i;
 528 }
 529
 530 /*
 531  * Release memory from the UMA cache to the arena.
 532  */
 533 static void
 534 qc_release(void *arg, void **store, int cnt)
 535 {
 536         qcache_t *qc;
 537         int i;
 538
 539         qc = arg;
 540         for (i = 0; i < cnt; i++)
 541                 vmem_xfree(qc->qc_vmem, (vmem_addr_t)store[i], qc->qc_size);
 542 }
 543
 544 static void
 545 qc_init(vmem_t *vm, vmem_size_t qcache_max)
 546 {
 547         qcache_t *qc;
 548         vmem_size_t size;
 549         int qcache_idx_max;
 550         int i;
 551
 552         MPASS((qcache_max & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 553         qcache_idx_max = MIN(qcache_max >> vm->vm_quantum_shift,
 554             VMEM_QCACHE_IDX_MAX);
 555         vm->vm_qcache_max = qcache_idx_max << vm->vm_quantum_shift;
 556         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
 557                 qc = &vm->vm_qcache[i];
 558                 size = (i + 1) << vm->vm_quantum_shift;
 559                 snprintf(qc->qc_name, sizeof(qc->qc_name), "%s-%zu",
 560                     vm->vm_name, size);
 561                 qc->qc_vmem = vm;
 562                 qc->qc_size = size;
 563                 qc->qc_cache = uma_zcache_create(qc->qc_name, size,
 564                     NULL, NULL, NULL, NULL, qc_import, qc_release, qc,
 565                     UMA_ZONE_VM);
 566                 MPASS(qc->qc_cache);
 567         }
 568 }
 569
 570 static void
 571 qc_destroy(vmem_t *vm)
 572 {
 573         int qcache_idx_max;
 574         int i;
 575
 576         qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
 577         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++)
 578                 uma_zdestroy(vm->vm_qcache[i].qc_cache);
 579 }
 580
 581 static void
 582 qc_drain(vmem_t *vm)
 583 {
 584         int qcache_idx_max;
 585         int i;
 586
 587         qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
 588         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++)
 589                 zone_drain(vm->vm_qcache[i].qc_cache);
 590 }
 591
 592 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
 593
 594 static struct mtx_padalign __exclusive_cache_line vmem_bt_lock;
 595
 596 /*
 597  * vmem_bt_alloc:  Allocate a new page of boundary tags.
 598  *
 599  * On architectures with uma_small_alloc there is no recursion; no address
 600  * space need be allocated to allocate boundary tags.  For the others, we
 601  * must handle recursion.  Boundary tags are necessary to allocate new
 602  * boundary tags.
 603  *
 604  * UMA guarantees that enough tags are held in reserve to allocate a new
 605  * page of kva.  We dip into this reserve by specifying M_USE_RESERVE only
 606  * when allocating the page to hold new boundary tags.  In this way the
 607  * reserve is automatically filled by the allocation that uses the reserve.
 608  *
 609  * We still have to guarantee that the new tags are allocated atomically since
 610  * many threads may try concurrently.  The bt_lock provides this guarantee.
 611  * We convert WAITOK allocations to NOWAIT and then handle the blocking here
 612  * on failure.  It's ok to return NULL for a WAITOK allocation as UMA will
 613  * loop again after checking to see if we lost the race to allocate.
 614  *
 615  * There is a small race between vmem_bt_alloc() returning the page and the
 616  * zone lock being acquired to add the page to the zone.  For WAITOK
 617  * allocations we just pause briefly.  NOWAIT may experience a transient
 618  * failure.  To alleviate this we permit a small number of simultaneous
 619  * fills to proceed concurrently so NOWAIT is less likely to fail unless
 620  * we are really out of KVA.
 621  */
 622 static void *
 623 vmem_bt_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
 624     int wait)
 625 {
 626         vmem_addr_t addr;
 627
 628         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
 629
 630         /*
 631          * Single thread boundary tag allocation so that the address space
 632          * and memory are added in one atomic operation.
 633          */
 634         mtx_lock(&vmem_bt_lock);
 635         if (vmem_xalloc(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena, bytes, 0, 0, 0,
 636             VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
 637             M_NOWAIT | M_NOVM | M_USE_RESERVE | M_BESTFIT, &addr) == 0) {
 638                 if (kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, bytes,
 639                     M_NOWAIT | M_USE_RESERVE) == 0) {
 640                         mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 641                         return ((void *)addr);
 642                 }
 643                 vmem_xfree(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena, addr, bytes);
 644                 mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 645                 /*
 646                  * Out of memory, not address space.  This may not even be
 647                  * possible due to M_USE_RESERVE page allocation.
 648                  */
 649                 if (wait & M_WAITOK)
 650                         vm_wait_domain(domain);
 651                 return (NULL);
 652         }
 653         mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 654         /*
 655          * We're either out of address space or lost a fill race.
 656          */
 657         if (wait & M_WAITOK)
 658                 pause("btalloc", 1);
 659
 660         return (NULL);
 661 }
 662
 663 /*
 664  * How many pages do we need to startup_alloc.
 665  */
 666 int
 667 vmem_startup_count(void)
 668 {
 669
 670         return (howmany(BT_MAXALLOC,
 671             UMA_SLAB_SPACE / sizeof(struct vmem_btag)));
 672 }
 673 #endif
 674
 675 void
 676 vmem_startup(void)
 677 {
 678
 679         mtx_init(&vmem_list_lock, "vmem list lock", NULL, MTX_DEF);
 680         vmem_zone = uma_zcreate("vmem",
 681             sizeof(struct vmem), NULL, NULL, NULL, NULL,
 682             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_VM);
 683         vmem_bt_zone = uma_zcreate("vmem btag",
 684             sizeof(struct vmem_btag), NULL, NULL, NULL, NULL,
 685             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
 686 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
 687         mtx_init(&vmem_bt_lock, "btag lock", NULL, MTX_DEF);
 688         uma_prealloc(vmem_bt_zone, BT_MAXALLOC);
 689         /*
 690          * Reserve enough tags to allocate new tags.  We allow multiple
 691          * CPUs to attempt to allocate new tags concurrently to limit
 692          * false restarts in UMA.
 693          */
 694         uma_zone_reserve(vmem_bt_zone, BT_MAXALLOC * (mp_ncpus + 1) / 2);
 695         uma_zone_set_allocf(vmem_bt_zone, vmem_bt_alloc);
 696 #endif
 697 }
 698
 699 /* ---- rehash */
 700
 701 static int
 702 vmem_rehash(vmem_t *vm, vmem_size_t newhashsize)
 703 {
 704         bt_t *bt;
 705         int i;
 706         struct vmem_hashlist *newhashlist;
 707         struct vmem_hashlist *oldhashlist;
 708         vmem_size_t oldhashsize;
 709
 710         MPASS(newhashsize > 0);
 711
 712         newhashlist = malloc(sizeof(struct vmem_hashlist) * newhashsize,
 713             M_VMEM, M_NOWAIT);
 714         if (newhashlist == NULL)
 715                 return ENOMEM;
 716         for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
 717                 LIST_INIT(&newhashlist[i]);
 718         }
 719
 720         VMEM_LOCK(vm);
 721         oldhashlist = vm->vm_hashlist;
 722         oldhashsize = vm->vm_hashsize;
 723         vm->vm_hashlist = newhashlist;
 724         vm->vm_hashsize = newhashsize;
 725         if (oldhashlist == NULL) {
 726                 VMEM_UNLOCK(vm);
 727                 return 0;
 728         }
 729         for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
 730                 while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
 731                         bt_rembusy(vm, bt);
 732                         bt_insbusy(vm, bt);
 733                 }
 734         }
 735         VMEM_UNLOCK(vm);
 736
 737         if (oldhashlist != vm->vm_hash0) {
 738                 free(oldhashlist, M_VMEM);
 739         }
 740
 741         return 0;
 742 }
 743
 744 static void
 745 vmem_periodic_kick(void *dummy)
 746 {
 747
 748         taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &vmem_periodic_wk);
 749 }
 750
 751 static void
 752 vmem_periodic(void *unused, int pending)
 753 {
 754         vmem_t *vm;
 755         vmem_size_t desired;
 756         vmem_size_t current;
 757
 758         mtx_lock(&vmem_list_lock);
 759         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
 760 #ifdef DIAGNOSTIC
 761                 /* Convenient time to verify vmem state. */
 762                 if (enable_vmem_check == 1) {
 763                         VMEM_LOCK(vm);
 764                         vmem_check(vm);
 765                         VMEM_UNLOCK(vm);
 766                 }
 767 #endif
 768                 desired = 1 << flsl(vm->vm_nbusytag);
 769                 desired = MIN(MAX(desired, VMEM_HASHSIZE_MIN),
 770                     VMEM_HASHSIZE_MAX);
 771                 current = vm->vm_hashsize;
 772
 773                 /* Grow in powers of two.  Shrink less aggressively. */
 774                 if (desired >= current * 2 || desired * 4 <= current)
 775                         vmem_rehash(vm, desired);
 776
 777                 /*
 778                  * Periodically wake up threads waiting for resources,
 779                  * so they could ask for reclamation again.
 780                  */
 781                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
 782         }
 783         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
 784
 785         callout_reset(&vmem_periodic_ch, vmem_periodic_interval,
 786             vmem_periodic_kick, NULL);
 787 }
 788
 789 static void
 790 vmem_start_callout(void *unused)
 791 {
 792
 793         TASK_INIT(&vmem_periodic_wk, 0, vmem_periodic, NULL);
 794         vmem_periodic_interval = hz * 10;
 795         callout_init(&vmem_periodic_ch, 1);
 796         callout_reset(&vmem_periodic_ch, vmem_periodic_interval,
 797             vmem_periodic_kick, NULL);
 798 }
 799 SYSINIT(vfs, SI_SUB_CONFIGURE, SI_ORDER_ANY, vmem_start_callout, NULL);
 800
 801 static void
 802 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, int type)
 803 {
 804         bt_t *btspan;
 805         bt_t *btfree;
 806
 807         MPASS(type == BT_TYPE_SPAN || type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
 808         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 809
 810         btspan = bt_alloc(vm);
 811         btspan->bt_type = type;
 812         btspan->bt_start = addr;
 813         btspan->bt_size = size;
 814         bt_insseg_tail(vm, btspan);
 815
 816         btfree = bt_alloc(vm);
 817         btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
 818         btfree->bt_start = addr;
 819         btfree->bt_size = size;
 820         bt_insseg(vm, btfree, btspan);
 821         bt_insfree(vm, btfree);
 822
 823         vm->vm_size += size;
 824 }
 825
 826 static void
 827 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
 828 {
 829         bt_t *bt;
 830
 831         /*
 832          * Drain per-cpu quantum caches.
 833          */
 834         qc_destroy(vm);
 835
 836         /*
 837          * The vmem should now only contain empty segments.
 838          */
 839         VMEM_LOCK(vm);
 840         MPASS(vm->vm_nbusytag == 0);
 841
 842         while ((bt = TAILQ_FIRST(&vm->vm_seglist)) != NULL)
 843                 bt_remseg(vm, bt);
 844
 845         if (vm->vm_hashlist != NULL && vm->vm_hashlist != vm->vm_hash0)
 846                 free(vm->vm_hashlist, M_VMEM);
 847
 848         bt_freetrim(vm, 0);
 849
 850         VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm);
 851         VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
 852         uma_zfree(vmem_zone, vm);
 853 }
 854
 855 static int
 856 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vmem_size_t align, int flags)
 857 {
 858         vmem_addr_t addr;
 859         int error;
 860
 861         if (vm->vm_importfn == NULL)
 862                 return (EINVAL);
 863
 864         /*
 865          * To make sure we get a span that meets the alignment we double it
 866          * and add the size to the tail.  This slightly overestimates.
 867          */
 868         if (align != vm->vm_quantum_mask + 1)
 869                 size = (align * 2) + size;
 870         size = roundup(size, vm->vm_import_quantum);
 871
 872         if (vm->vm_limit != 0 && vm->vm_limit < vm->vm_size + size)
 873                 return (ENOMEM);
 874
 875         /*
 876          * Hide MAXALLOC tags so we're guaranteed to be able to add this
 877          * span and the tag we want to allocate from it.
 878          */
 879         MPASS(vm->vm_nfreetags >= BT_MAXALLOC);
 880         vm->vm_nfreetags -= BT_MAXALLOC;
 881         VMEM_UNLOCK(vm);
 882         error = (vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size, flags, &addr);
 883         VMEM_LOCK(vm);
 884         vm->vm_nfreetags += BT_MAXALLOC;
 885         if (error)
 886                 return (ENOMEM);
 887
 888         vmem_add1(vm, addr, size, BT_TYPE_SPAN);
 889
 890         return 0;
 891 }
 892
 893 /*
 894  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
 895  *
 896  * it's a caller's responsibility to ensure the region is big enough
 897  * before calling us.
 898  */
 899 static int
 900 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align,
 901     vmem_size_t phase, vmem_size_t nocross, vmem_addr_t minaddr,
 902     vmem_addr_t maxaddr, vmem_addr_t *addrp)
 903 {
 904         vmem_addr_t start;
 905         vmem_addr_t end;
 906
 907         MPASS(size > 0);
 908         MPASS(bt->bt_size >= size); /* caller's responsibility */
 909
 910         /*
 911          * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
 912          * unsigned integer of the same size.
 913          */
 914
 915         start = bt->bt_start;
 916         if (start < minaddr) {
 917                 start = minaddr;
 918         }
 919         end = BT_END(bt);
 920         if (end > maxaddr)
 921                 end = maxaddr;
 922         if (start > end)
 923                 return (ENOMEM);
 924
 925         start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
 926         if (start < bt->bt_start)
 927                 start += align;
 928         if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
 929                 MPASS(align < nocross);
 930                 start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
 931         }
 932         if (start <= end && end - start >= size - 1) {
 933                 MPASS((start & (align - 1)) == phase);
 934                 MPASS(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
 935                 MPASS(minaddr <= start);
 936                 MPASS(maxaddr == 0 || start + size - 1 <= maxaddr);
 937                 MPASS(bt->bt_start <= start);
 938                 MPASS(BT_END(bt) - start >= size - 1);
 939                 *addrp = start;
 940
 941                 return (0);
 942         }
 943         return (ENOMEM);
 944 }
 945
 946 /*
 947  * vmem_clip:  Trim the boundary tag edges to the requested start and size.
 948  */
 949 static void
 950 vmem_clip(vmem_t *vm, bt_t *bt, vmem_addr_t start, vmem_size_t size)
 951 {
 952         bt_t *btnew;
 953         bt_t *btprev;
 954
 955         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 956         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
 957         MPASS(bt->bt_size >= size);
 958         bt_remfree(vm, bt);
 959         if (bt->bt_start != start) {
 960                 btprev = bt_alloc(vm);
 961                 btprev->bt_type = BT_TYPE_FREE;
 962                 btprev->bt_start = bt->bt_start;
 963                 btprev->bt_size = start - bt->bt_start;
 964                 bt->bt_start = start;
 965                 bt->bt_size -= btprev->bt_size;
 966                 bt_insfree(vm, btprev);
 967                 bt_insseg(vm, btprev,
 968                     TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist));
 969         }
 970         MPASS(bt->bt_start == start);
 971         if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
 972                 /* split */
 973                 btnew = bt_alloc(vm);
 974                 btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 975                 btnew->bt_start = bt->bt_start;
 976                 btnew->bt_size = size;
 977                 bt->bt_start = bt->bt_start + size;
 978                 bt->bt_size -= size;
 979                 bt_insfree(vm, bt);
 980                 bt_insseg(vm, btnew,
 981                     TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist));
 982                 bt_insbusy(vm, btnew);
 983                 bt = btnew;
 984         } else {
 985                 bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 986                 bt_insbusy(vm, bt);
 987         }
 988         MPASS(bt->bt_size >= size);
 989         bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 990 }
 991
 992 /* ---- vmem API */
 993
 994 void
 995 vmem_set_import(vmem_t *vm, vmem_import_t *importfn,
 996      vmem_release_t *releasefn, void *arg, vmem_size_t import_quantum)
 997 {
 998
 999         VMEM_LOCK(vm);
1000         vm->vm_importfn = importfn;
1001         vm->vm_releasefn = releasefn;
1002         vm->vm_arg = arg;
1003         vm->vm_import_quantum = import_quantum;
1004         VMEM_UNLOCK(vm);
1005 }
1006
1007 void
1008 vmem_set_limit(vmem_t *vm, vmem_size_t limit)
1009 {
1010
1011         VMEM_LOCK(vm);
1012         vm->vm_limit = limit;
1013         VMEM_UNLOCK(vm);
1014 }
1015
1016 void
1017 vmem_set_reclaim(vmem_t *vm, vmem_reclaim_t *reclaimfn)
1018 {
1019
1020         VMEM_LOCK(vm);
1021         vm->vm_reclaimfn = reclaimfn;
1022         VMEM_UNLOCK(vm);
1023 }
1024
1025 /*
1026  * vmem_init: Initializes vmem arena.
1027  */
1028 vmem_t *
1029 vmem_init(vmem_t *vm, const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
1030     vmem_size_t quantum, vmem_size_t qcache_max, int flags)
1031 {
1032         int i;
1033
1034         MPASS(quantum > 0);
1035         MPASS((quantum & (quantum - 1)) == 0);
1036
1037         bzero(vm, sizeof(*vm));
1038
1039         VMEM_CONDVAR_INIT(vm, name);
1040         VMEM_LOCK_INIT(vm, name);
1041         vm->vm_nfreetags = 0;
1042         LIST_INIT(&vm->vm_freetags);
1043         strlcpy(vm->vm_name, name, sizeof(vm->vm_name));
1044         vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
1045         vm->vm_quantum_shift = flsl(quantum) - 1;
1046         vm->vm_nbusytag = 0;
1047         vm->vm_size = 0;
1048         vm->vm_limit = 0;
1049         vm->vm_inuse = 0;
1050         qc_init(vm, qcache_max);
1051
1052         TAILQ_INIT(&vm->vm_seglist);
1053         for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
1054                 LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
1055         }
1056         memset(&vm->vm_hash0, 0, sizeof(vm->vm_hash0));
1057         vm->vm_hashsize = VMEM_HASHSIZE_MIN;
1058         vm->vm_hashlist = vm->vm_hash0;
1059
1060         if (size != 0) {
1061                 if (vmem_add(vm, base, size, flags) != 0) {
1062                         vmem_destroy1(vm);
1063                         return NULL;
1064                 }
1065         }
1066
1067         mtx_lock(&vmem_list_lock);
1068         LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
1069         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
1070
1071         return vm;
1072 }
1073
1074 /*
1075  * vmem_create: create an arena.
1076  */
1077 vmem_t *
1078 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
1079     vmem_size_t quantum, vmem_size_t qcache_max, int flags)
1080 {
1081
1082         vmem_t *vm;
1083
1084         vm = uma_zalloc(vmem_zone, flags & (M_WAITOK|M_NOWAIT));
1085         if (vm == NULL)
1086                 return (NULL);
1087         if (vmem_init(vm, name, base, size, quantum, qcache_max,
1088             flags) == NULL)
1089                 return (NULL);
1090         return (vm);
1091 }
1092
1093 void
1094 vmem_destroy(vmem_t *vm)
1095 {
1096
1097         mtx_lock(&vmem_list_lock);
1098         LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
1099         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
1100
1101         vmem_destroy1(vm);
1102 }
1103
1104 vmem_size_t
1105 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
1106 {
1107
1108         return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
1109 }
1110
1111 /*
1112  * vmem_alloc: allocate resource from the arena.
1113  */
1114 int
1115 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
1116 {
1117         const int strat __unused = flags & VMEM_FITMASK;
1118         qcache_t *qc;
1119
1120         flags &= VMEM_FLAGS;
1121         MPASS(size > 0);
1122         MPASS(strat == M_BESTFIT || strat == M_FIRSTFIT);
1123         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
1124                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL, "vmem_alloc");
1125
1126         if (size <= vm->vm_qcache_max) {
1127                 qc = &vm->vm_qcache[(size - 1) >> vm->vm_quantum_shift];
1128                 *addrp = (vmem_addr_t)uma_zalloc(qc->qc_cache, flags);
1129                 if (*addrp == 0)
1130                         return (ENOMEM);
1131                 return (0);
1132         }
1133
1134         return vmem_xalloc(vm, size, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
1135             flags, addrp);
1136 }
1137
1138 int
1139 vmem_xalloc(vmem_t *vm, const vmem_size_t size0, vmem_size_t align,
1140     const vmem_size_t phase, const vmem_size_t nocross,
1141     const vmem_addr_t minaddr, const vmem_addr_t maxaddr, int flags,
1142     vmem_addr_t *addrp)
1143 {
1144         const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
1145         struct vmem_freelist *list;
1146         struct vmem_freelist *first;
1147         struct vmem_freelist *end;
1148         vmem_size_t avail;
1149         bt_t *bt;
1150         int error;
1151         int strat;
1152
1153         flags &= VMEM_FLAGS;
1154         strat = flags & VMEM_FITMASK;
1155         MPASS(size0 > 0);
1156         MPASS(size > 0);
1157         MPASS(strat == M_BESTFIT || strat == M_FIRSTFIT);
1158         MPASS((flags & (M_NOWAIT|M_WAITOK)) != (M_NOWAIT|M_WAITOK));
1159         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
1160                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL, "vmem_xalloc");
1161         MPASS((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1162         MPASS((align & (align - 1)) == 0);
1163         MPASS((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1164         MPASS((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1165         MPASS((nocross & (nocross - 1)) == 0);
1166         MPASS((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
1167         MPASS(nocross == 0 || nocross >= size);
1168         MPASS(minaddr <= maxaddr);
1169         MPASS(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
1170
1171         if (align == 0)
1172                 align = vm->vm_quantum_mask + 1;
1173
1174         *addrp = 0;
1175         end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
1176         /*
1177          * choose a free block from which we allocate.
1178          */
1179         first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
1180         VMEM_LOCK(vm);
1181         for (;;) {
1182                 /*
1183                  * Make sure we have enough tags to complete the
1184                  * operation.
1185                  */
1186                 if (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC &&
1187                     bt_fill(vm, flags) != 0) {
1188                         error = ENOMEM;
1189                         break;
1190                 }
1191                 /*
1192                  * Scan freelists looking for a tag that satisfies the
1193                  * allocation.  If we're doing BESTFIT we may encounter
1194                  * sizes below the request.  If we're doing FIRSTFIT we
1195                  * inspect only the first element from each list.
1196                  */
1197                 for (list = first; list < end; list++) {
1198                         LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
1199                                 if (bt->bt_size >= size) {
1200                                         error = vmem_fit(bt, size, align, phase,
1201                                             nocross, minaddr, maxaddr, addrp);
1202                                         if (error == 0) {
1203                                                 vmem_clip(vm, bt, *addrp, size);
1204                                                 goto out;
1205                                         }
1206                                 }
1207                                 /* FIRST skips to the next list. */
1208                                 if (strat == M_FIRSTFIT)
1209                                         break;
1210                         }
1211                 }
1212                 /*
1213                  * Retry if the fast algorithm failed.
1214                  */
1215                 if (strat == M_FIRSTFIT) {
1216                         strat = M_BESTFIT;
1217                         first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
1218                         continue;
1219                 }
1220                 /*
1221                  * XXX it is possible to fail to meet restrictions with the
1222                  * imported region.  It is up to the user to specify the
1223                  * import quantum such that it can satisfy any allocation.
1224                  */
1225                 if (vmem_import(vm, size, align, flags) == 0)
1226                         continue;
1227
1228                 /*
1229                  * Try to free some space from the quantum cache or reclaim
1230                  * functions if available.
1231                  */
1232                 if (vm->vm_qcache_max != 0 || vm->vm_reclaimfn != NULL) {
1233                         avail = vm->vm_size - vm->vm_inuse;
1234                         VMEM_UNLOCK(vm);
1235                         if (vm->vm_qcache_max != 0)
1236                                 qc_drain(vm);
1237                         if (vm->vm_reclaimfn != NULL)
1238                                 vm->vm_reclaimfn(vm, flags);
1239                         VMEM_LOCK(vm);
1240                         /* If we were successful retry even NOWAIT. */
1241                         if (vm->vm_size - vm->vm_inuse > avail)
1242                                 continue;
1243                 }
1244                 if ((flags & M_NOWAIT) != 0) {
1245                         error = ENOMEM;
1246                         break;
1247                 }
1248                 VMEM_CONDVAR_WAIT(vm);
1249         }
1250 out:
1251         VMEM_UNLOCK(vm);
1252         if (error != 0 && (flags & M_NOWAIT) == 0)
1253                 panic("failed to allocate waiting allocation\n");
1254
1255         return (error);
1256 }
1257
1258 /*
1259  * vmem_free: free the resource to the arena.
1260  */
1261 void
1262 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
1263 {
1264         qcache_t *qc;
1265         MPASS(size > 0);
1266
1267         if (size <= vm->vm_qcache_max) {
1268                 qc = &vm->vm_qcache[(size - 1) >> vm->vm_quantum_shift];
1269                 uma_zfree(qc->qc_cache, (void *)addr);
1270         } else
1271                 vmem_xfree(vm, addr, size);
1272 }
1273
1274 void
1275 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
1276 {
1277         bt_t *bt;
1278         bt_t *t;
1279
1280         MPASS(size > 0);
1281
1282         VMEM_LOCK(vm);
1283         bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
1284         MPASS(bt != NULL);
1285         MPASS(bt->bt_start == addr);
1286         MPASS(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
1287             bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
1288         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
1289         bt_rembusy(vm, bt);
1290         bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
1291
1292         /* coalesce */
1293         t = TAILQ_NEXT(bt, bt_seglist);
1294         if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1295                 MPASS(BT_END(bt) < t->bt_start);        /* YYY */
1296                 bt->bt_size += t->bt_size;
1297                 bt_remfree(vm, t);
1298                 bt_remseg(vm, t);
1299         }
1300         t = TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist);
1301         if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1302                 MPASS(BT_END(t) < bt->bt_start);        /* YYY */
1303                 bt->bt_size += t->bt_size;
1304                 bt->bt_start = t->bt_start;
1305                 bt_remfree(vm, t);
1306                 bt_remseg(vm, t);
1307         }
1308
1309         t = TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist);
1310         MPASS(t != NULL);
1311         MPASS(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
1312         if (vm->vm_releasefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
1313             t->bt_size == bt->bt_size) {
1314                 vmem_addr_t spanaddr;
1315                 vmem_size_t spansize;
1316
1317                 MPASS(t->bt_start == bt->bt_start);
1318                 spanaddr = bt->bt_start;
1319                 spansize = bt->bt_size;
1320                 bt_remseg(vm, bt);
1321                 bt_remseg(vm, t);
1322                 vm->vm_size -= spansize;
1323                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
1324                 bt_freetrim(vm, BT_MAXFREE);
1325                 (*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, spanaddr, spansize);
1326         } else {
1327                 bt_insfree(vm, bt);
1328                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
1329                 bt_freetrim(vm, BT_MAXFREE);
1330         }
1331 }
1332
1333 /*
1334  * vmem_add:
1335  *
1336  */
1337 int
1338 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, int flags)
1339 {
1340         int error;
1341
1342         error = 0;
1343         flags &= VMEM_FLAGS;
1344         VMEM_LOCK(vm);
1345         if (vm->vm_nfreetags >= BT_MAXALLOC || bt_fill(vm, flags) == 0)
1346                 vmem_add1(vm, addr, size, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
1347         else
1348                 error = ENOMEM;
1349         VMEM_UNLOCK(vm);
1350
1351         return (error);
1352 }
1353
1354 /*
1355  * vmem_size: information about arenas size
1356  */
1357 vmem_size_t
1358 vmem_size(vmem_t *vm, int typemask)
1359 {
1360         int i;
1361
1362         switch (typemask) {
1363         case VMEM_ALLOC:
1364                 return vm->vm_inuse;
1365         case VMEM_FREE:
1366                 return vm->vm_size - vm->vm_inuse;
1367         case VMEM_FREE|VMEM_ALLOC:
1368                 return vm->vm_size;
1369         case VMEM_MAXFREE:
1370                 VMEM_LOCK(vm);
1371                 for (i = VMEM_MAXORDER - 1; i >= 0; i--) {
1372                         if (LIST_EMPTY(&vm->vm_freelist[i]))
1373                                 continue;
1374                         VMEM_UNLOCK(vm);
1375                         return ((vmem_size_t)ORDER2SIZE(i) <<
1376                             vm->vm_quantum_shift);
1377                 }
1378                 VMEM_UNLOCK(vm);
1379                 return (0);
1380         default:
1381                 panic("vmem_size");
1382         }
1383 }
1384
1385 /* ---- debug */
1386
1387 #if defined(DDB) || defined(DIAGNOSTIC)
1388
1389 static void bt_dump(const bt_t *, int (*)(const char *, ...)
1390     __printflike(1, 2));
1391
1392 static const char *
1393 bt_type_string(int type)
1394 {
1395
1396         switch (type) {
1397         case BT_TYPE_BUSY:
1398                 return "busy";
1399         case BT_TYPE_FREE:
1400                 return "free";
1401         case BT_TYPE_SPAN:
1402                 return "span";
1403         case BT_TYPE_SPAN_STATIC:
1404                 return "static span";
1405         default:
1406                 break;
1407         }
1408         return "BOGUS";
1409 }
1410
1411 static void
1412 bt_dump(const bt_t *bt, int (*pr)(const char *, ...))
1413 {
1414
1415         (*pr)("\t%p: %jx %jx, %d(%s)\n",
1416             bt, (intmax_t)bt->bt_start, (intmax_t)bt->bt_size,
1417             bt->bt_type, bt_type_string(bt->bt_type));
1418 }
1419
1420 static void
1421 vmem_dump(const vmem_t *vm , int (*pr)(const char *, ...) __printflike(1, 2))
1422 {
1423         const bt_t *bt;
1424         int i;
1425
1426         (*pr)("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
1427         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1428                 bt_dump(bt, pr);
1429         }
1430
1431         for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
1432                 const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
1433
1434                 if (LIST_EMPTY(fl)) {
1435                         continue;
1436                 }
1437
1438                 (*pr)("freelist[%d]\n", i);
1439                 LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
1440                         bt_dump(bt, pr);
1441                 }
1442         }
1443 }
1444
1445 #endif /* defined(DDB) || defined(DIAGNOSTIC) */
1446
1447 #if defined(DDB)
1448 #include <ddb/ddb.h>
1449
1450 static bt_t *
1451 vmem_whatis_lookup(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
1452 {
1453         bt_t *bt;
1454
1455         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1456                 if (BT_ISSPAN_P(bt)) {
1457                         continue;
1458                 }
1459                 if (bt->bt_start <= addr && addr <= BT_END(bt)) {
1460                         return bt;
1461                 }
1462         }
1463
1464         return NULL;
1465 }
1466
1467 void
1468 vmem_whatis(vmem_addr_t addr, int (*pr)(const char *, ...))
1469 {
1470         vmem_t *vm;
1471
1472         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
1473                 bt_t *bt;
1474
1475                 bt = vmem_whatis_lookup(vm, addr);
1476                 if (bt == NULL) {
1477                         continue;
1478                 }
1479                 (*pr)("%p is %p+%zu in VMEM '%s' (%s)\n",
1480                     (void *)addr, (void *)bt->bt_start,
1481                     (vmem_size_t)(addr - bt->bt_start), vm->vm_name,
1482                     (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) ? "allocated" : "free");
1483         }
1484 }
1485
1486 void
1487 vmem_printall(const char *modif, int (*pr)(const char *, ...))
1488 {
1489         const vmem_t *vm;
1490
1491         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
1492                 vmem_dump(vm, pr);
1493         }
1494 }
1495
1496 void
1497 vmem_print(vmem_addr_t addr, const char *modif, int (*pr)(const char *, ...))
1498 {
1499         const vmem_t *vm = (const void *)addr;
1500
1501         vmem_dump(vm, pr);
1502 }
1503
1504 DB_SHOW_COMMAND(vmemdump, vmemdump)
1505 {
1506
1507         if (!have_addr) {
1508                 db_printf("usage: show vmemdump <addr>\n");
1509                 return;
1510         }
1511
1512         vmem_dump((const vmem_t *)addr, db_printf);
1513 }
1514
1515 DB_SHOW_ALL_COMMAND(vmemdump, vmemdumpall)
1516 {
1517         const vmem_t *vm;
1518
1519         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist)
1520                 vmem_dump(vm, db_printf);
1521 }
1522
1523 DB_SHOW_COMMAND(vmem, vmem_summ)
1524 {
1525         const vmem_t *vm = (const void *)addr;
1526         const bt_t *bt;
1527         size_t ft[VMEM_MAXORDER], ut[VMEM_MAXORDER];
1528         size_t fs[VMEM_MAXORDER], us[VMEM_MAXORDER];
1529         int ord;
1530
1531         if (!have_addr) {
1532                 db_printf("usage: show vmem <addr>\n");
1533                 return;
1534         }
1535
1536         db_printf("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
1537         db_printf("\tquantum:\t%zu\n", vm->vm_quantum_mask + 1);
1538         db_printf("\tsize:\t%zu\n", vm->vm_size);
1539         db_printf("\tinuse:\t%zu\n", vm->vm_inuse);
1540         db_printf("\tfree:\t%zu\n", vm->vm_size - vm->vm_inuse);
1541         db_printf("\tbusy tags:\t%d\n", vm->vm_nbusytag);
1542         db_printf("\tfree tags:\t%d\n", vm->vm_nfreetags);
1543
1544         memset(&ft, 0, sizeof(ft));
1545         memset(&ut, 0, sizeof(ut));
1546         memset(&fs, 0, sizeof(fs));
1547         memset(&us, 0, sizeof(us));
1548         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1549                 ord = SIZE2ORDER(bt->bt_size >> vm->vm_quantum_shift);
1550                 if (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) {
1551                         ut[ord]++;
1552                         us[ord] += bt->bt_size;
1553                 } else if (bt->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1554                         ft[ord]++;
1555                         fs[ord] += bt->bt_size;
1556                 }
1557         }
1558         db_printf("\t\t\tinuse\tsize\t\tfree\tsize\n");
1559         for (ord = 0; ord < VMEM_MAXORDER; ord++) {
1560                 if (ut[ord] == 0 && ft[ord] == 0)
1561                         continue;
1562                 db_printf("\t%-15zu %zu\t%-15zu %zu\t%-16zu\n",
1563                     ORDER2SIZE(ord) << vm->vm_quantum_shift,
1564                     ut[ord], us[ord], ft[ord], fs[ord]);
1565         }
1566 }
1567
1568 DB_SHOW_ALL_COMMAND(vmem, vmem_summall)
1569 {
1570         const vmem_t *vm;
1571
1572         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist)
1573                 vmem_summ((db_expr_t)vm, TRUE, count, modif);
1574 }
1575 #endif /* defined(DDB) */
1576
1577 #define vmem_printf printf
1578
1579 #if defined(DIAGNOSTIC)
1580
1581 static bool
1582 vmem_check_sanity(vmem_t *vm)
1583 {
1584         const bt_t *bt, *bt2;
1585
1586         MPASS(vm != NULL);
1587
1588         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1589                 if (bt->bt_start > BT_END(bt)) {
1590                         printf("corrupted tag\n");
1591                         bt_dump(bt, vmem_printf);
1592                         return false;
1593                 }
1594         }
1595         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1596                 TAILQ_FOREACH(bt2, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1597                         if (bt == bt2) {
1598                                 continue;
1599                         }
1600                         if (BT_ISSPAN_P(bt) != BT_ISSPAN_P(bt2)) {
1601                                 continue;
1602                         }
1603                         if (bt->bt_start <= BT_END(bt2) &&
1604                             bt2->bt_start <= BT_END(bt)) {
1605                                 printf("overwrapped tags\n");
1606                                 bt_dump(bt, vmem_printf);
1607                                 bt_dump(bt2, vmem_printf);
1608                                 return false;
1609                         }
1610                 }
1611         }
1612
1613         return true;
1614 }
1615
1616 static void
1617 vmem_check(vmem_t *vm)
1618 {
1619
1620         if (!vmem_check_sanity(vm)) {
1621                 panic("insanity vmem %p", vm);
1622         }
1623 }
1624
1625 #endif /* defined(DIAGNOSTIC) */