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 #if VM_NRESERVLEVEL > 0
 245 vmem_t *kernel_rwx_arena = NULL;
 246 #endif
 247 vmem_t *kmem_arena = &kernel_arena_storage;
 248 vmem_t *buffer_arena = &buffer_arena_storage;
 249 vmem_t *transient_arena = &transient_arena_storage;
 250
 251 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 252 static struct vmem memguard_arena_storage;
 253 vmem_t *memguard_arena = &memguard_arena_storage;
 254 #endif
 255
 256 /*
 257  * Fill the vmem's boundary tag cache.  We guarantee that boundary tag
 258  * allocation will not fail once bt_fill() passes.  To do so we cache
 259  * at least the maximum possible tag allocations in the arena.
 260  */
 261 static int
 262 bt_fill(vmem_t *vm, int flags)
 263 {
 264         bt_t *bt;
 265
 266         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 267
 268         /*
 269          * Only allow the kernel arena and arenas derived from kernel arena to
 270          * dip into reserve tags.  They are where new tags come from.
 271          */
 272         flags &= BT_FLAGS;
 273         if (vm != kernel_arena && vm->vm_arg != kernel_arena)
 274                 flags &= ~M_USE_RESERVE;
 275
 276         /*
 277          * Loop until we meet the reserve.  To minimize the lock shuffle
 278          * and prevent simultaneous fills we first try a NOWAIT regardless
 279          * of the caller's flags.  Specify M_NOVM so we don't recurse while
 280          * holding a vmem lock.
 281          */
 282         while (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC) {
 283                 bt = uma_zalloc(vmem_bt_zone,
 284                     (flags & M_USE_RESERVE) | M_NOWAIT | M_NOVM);
 285                 if (bt == NULL) {
 286                         VMEM_UNLOCK(vm);
 287                         bt = uma_zalloc(vmem_bt_zone, flags);
 288                         VMEM_LOCK(vm);
 289                         if (bt == NULL && (flags & M_NOWAIT) != 0)
 290                                 break;
 291                 }
 292                 LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
 293                 vm->vm_nfreetags++;
 294         }
 295
 296         if (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC)
 297                 return ENOMEM;
 298
 299         return 0;
 300 }
 301
 302 /*
 303  * Pop a tag off of the freetag stack.
 304  */
 305 static bt_t *
 306 bt_alloc(vmem_t *vm)
 307 {
 308         bt_t *bt;
 309
 310         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 311         bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
 312         MPASS(bt != NULL);
 313         LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 314         vm->vm_nfreetags--;
 315
 316         return bt;
 317 }
 318
 319 /*
 320  * Trim the per-vmem free list.  Returns with the lock released to
 321  * avoid allocator recursions.
 322  */
 323 static void
 324 bt_freetrim(vmem_t *vm, int freelimit)
 325 {
 326         LIST_HEAD(, vmem_btag) freetags;
 327         bt_t *bt;
 328
 329         LIST_INIT(&freetags);
 330         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 331         while (vm->vm_nfreetags > freelimit) {
 332                 bt = LIST_FIRST(&vm->vm_freetags);
 333                 LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 334                 vm->vm_nfreetags--;
 335                 LIST_INSERT_HEAD(&freetags, bt, bt_freelist);
 336         }
 337         VMEM_UNLOCK(vm);
 338         while ((bt = LIST_FIRST(&freetags)) != NULL) {
 339                 LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 340                 uma_zfree(vmem_bt_zone, bt);
 341         }
 342 }
 343
 344 static inline void
 345 bt_free(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 346 {
 347
 348         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 349         MPASS(LIST_FIRST(&vm->vm_freetags) != bt);
 350         LIST_INSERT_HEAD(&vm->vm_freetags, bt, bt_freelist);
 351         vm->vm_nfreetags++;
 352 }
 353
 354 /*
 355  * freelist[0] ... [1, 1]
 356  * freelist[1] ... [2, 2]
 357  *  :
 358  * freelist[29] ... [30, 30]
 359  * freelist[30] ... [31, 31]
 360  * freelist[31] ... [32, 63]
 361  * freelist[33] ... [64, 127]
 362  *  :
 363  * freelist[n] ... [(1 << (n - 26)), (1 << (n - 25)) - 1]
 364  *  :
 365  */
 366
 367 static struct vmem_freelist *
 368 bt_freehead_tofree(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
 369 {
 370         const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
 371         const int idx = SIZE2ORDER(qsize);
 372
 373         MPASS(size != 0 && qsize != 0);
 374         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 375         MPASS(idx >= 0);
 376         MPASS(idx < VMEM_MAXORDER);
 377
 378         return &vm->vm_freelist[idx];
 379 }
 380
 381 /*
 382  * bt_freehead_toalloc: return the freelist for the given size and allocation
 383  * strategy.
 384  *
 385  * For M_FIRSTFIT, return the list in which any blocks are large enough
 386  * for the requested size.  otherwise, return the list which can have blocks
 387  * large enough for the requested size.
 388  */
 389 static struct vmem_freelist *
 390 bt_freehead_toalloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, int strat)
 391 {
 392         const vmem_size_t qsize = size >> vm->vm_quantum_shift;
 393         int idx = SIZE2ORDER(qsize);
 394
 395         MPASS(size != 0 && qsize != 0);
 396         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 397
 398         if (strat == M_FIRSTFIT && ORDER2SIZE(idx) != qsize) {
 399                 idx++;
 400                 /* check too large request? */
 401         }
 402         MPASS(idx >= 0);
 403         MPASS(idx < VMEM_MAXORDER);
 404
 405         return &vm->vm_freelist[idx];
 406 }
 407
 408 /* ---- boundary tag hash */
 409
 410 static struct vmem_hashlist *
 411 bt_hashhead(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
 412 {
 413         struct vmem_hashlist *list;
 414         unsigned int hash;
 415
 416         hash = hash32_buf(&addr, sizeof(addr), 0);
 417         list = &vm->vm_hashlist[hash % vm->vm_hashsize];
 418
 419         return list;
 420 }
 421
 422 static bt_t *
 423 bt_lookupbusy(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
 424 {
 425         struct vmem_hashlist *list;
 426         bt_t *bt;
 427
 428         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 429         list = bt_hashhead(vm, addr);
 430         LIST_FOREACH(bt, list, bt_hashlist) {
 431                 if (bt->bt_start == addr) {
 432                         break;
 433                 }
 434         }
 435
 436         return bt;
 437 }
 438
 439 static void
 440 bt_rembusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 441 {
 442
 443         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 444         MPASS(vm->vm_nbusytag > 0);
 445         vm->vm_inuse -= bt->bt_size;
 446         vm->vm_nbusytag--;
 447         LIST_REMOVE(bt, bt_hashlist);
 448 }
 449
 450 static void
 451 bt_insbusy(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 452 {
 453         struct vmem_hashlist *list;
 454
 455         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 456         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
 457
 458         list = bt_hashhead(vm, bt->bt_start);
 459         LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_hashlist);
 460         vm->vm_nbusytag++;
 461         vm->vm_inuse += bt->bt_size;
 462 }
 463
 464 /* ---- boundary tag list */
 465
 466 static void
 467 bt_remseg(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 468 {
 469
 470         TAILQ_REMOVE(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
 471         bt_free(vm, bt);
 472 }
 473
 474 static void
 475 bt_insseg(vmem_t *vm, bt_t *bt, bt_t *prev)
 476 {
 477
 478         TAILQ_INSERT_AFTER(&vm->vm_seglist, prev, bt, bt_seglist);
 479 }
 480
 481 static void
 482 bt_insseg_tail(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 483 {
 484
 485         TAILQ_INSERT_TAIL(&vm->vm_seglist, bt, bt_seglist);
 486 }
 487
 488 static void
 489 bt_remfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 490 {
 491
 492         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
 493
 494         LIST_REMOVE(bt, bt_freelist);
 495 }
 496
 497 static void
 498 bt_insfree(vmem_t *vm, bt_t *bt)
 499 {
 500         struct vmem_freelist *list;
 501
 502         list = bt_freehead_tofree(vm, bt->bt_size);
 503         LIST_INSERT_HEAD(list, bt, bt_freelist);
 504 }
 505
 506 /* ---- vmem internal functions */
 507
 508 /*
 509  * Import from the arena into the quantum cache in UMA.
 510  */
 511 static int
 512 qc_import(void *arg, void **store, int cnt, int domain, int flags)
 513 {
 514         qcache_t *qc;
 515         vmem_addr_t addr;
 516         int i;
 517
 518         qc = arg;
 519         if ((flags & VMEM_FITMASK) == 0)
 520                 flags |= M_BESTFIT;
 521         for (i = 0; i < cnt; i++) {
 522                 if (vmem_xalloc(qc->qc_vmem, qc->qc_size, 0, 0, 0,
 523                     VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX, flags, &addr) != 0)
 524                         break;
 525                 store[i] = (void *)addr;
 526                 /* Only guarantee one allocation. */
 527                 flags &= ~M_WAITOK;
 528                 flags |= M_NOWAIT;
 529         }
 530         return i;
 531 }
 532
 533 /*
 534  * Release memory from the UMA cache to the arena.
 535  */
 536 static void
 537 qc_release(void *arg, void **store, int cnt)
 538 {
 539         qcache_t *qc;
 540         int i;
 541
 542         qc = arg;
 543         for (i = 0; i < cnt; i++)
 544                 vmem_xfree(qc->qc_vmem, (vmem_addr_t)store[i], qc->qc_size);
 545 }
 546
 547 static void
 548 qc_init(vmem_t *vm, vmem_size_t qcache_max)
 549 {
 550         qcache_t *qc;
 551         vmem_size_t size;
 552         int qcache_idx_max;
 553         int i;
 554
 555         MPASS((qcache_max & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 556         qcache_idx_max = MIN(qcache_max >> vm->vm_quantum_shift,
 557             VMEM_QCACHE_IDX_MAX);
 558         vm->vm_qcache_max = qcache_idx_max << vm->vm_quantum_shift;
 559         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++) {
 560                 qc = &vm->vm_qcache[i];
 561                 size = (i + 1) << vm->vm_quantum_shift;
 562                 snprintf(qc->qc_name, sizeof(qc->qc_name), "%s-%zu",
 563                     vm->vm_name, size);
 564                 qc->qc_vmem = vm;
 565                 qc->qc_size = size;
 566                 qc->qc_cache = uma_zcache_create(qc->qc_name, size,
 567                     NULL, NULL, NULL, NULL, qc_import, qc_release, qc,
 568                     UMA_ZONE_VM);
 569                 MPASS(qc->qc_cache);
 570         }
 571 }
 572
 573 static void
 574 qc_destroy(vmem_t *vm)
 575 {
 576         int qcache_idx_max;
 577         int i;
 578
 579         qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
 580         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++)
 581                 uma_zdestroy(vm->vm_qcache[i].qc_cache);
 582 }
 583
 584 static void
 585 qc_drain(vmem_t *vm)
 586 {
 587         int qcache_idx_max;
 588         int i;
 589
 590         qcache_idx_max = vm->vm_qcache_max >> vm->vm_quantum_shift;
 591         for (i = 0; i < qcache_idx_max; i++)
 592                 zone_drain(vm->vm_qcache[i].qc_cache);
 593 }
 594
 595 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
 596
 597 static struct mtx_padalign __exclusive_cache_line vmem_bt_lock;
 598
 599 /*
 600  * vmem_bt_alloc:  Allocate a new page of boundary tags.
 601  *
 602  * On architectures with uma_small_alloc there is no recursion; no address
 603  * space need be allocated to allocate boundary tags.  For the others, we
 604  * must handle recursion.  Boundary tags are necessary to allocate new
 605  * boundary tags.
 606  *
 607  * UMA guarantees that enough tags are held in reserve to allocate a new
 608  * page of kva.  We dip into this reserve by specifying M_USE_RESERVE only
 609  * when allocating the page to hold new boundary tags.  In this way the
 610  * reserve is automatically filled by the allocation that uses the reserve.
 611  *
 612  * We still have to guarantee that the new tags are allocated atomically since
 613  * many threads may try concurrently.  The bt_lock provides this guarantee.
 614  * We convert WAITOK allocations to NOWAIT and then handle the blocking here
 615  * on failure.  It's ok to return NULL for a WAITOK allocation as UMA will
 616  * loop again after checking to see if we lost the race to allocate.
 617  *
 618  * There is a small race between vmem_bt_alloc() returning the page and the
 619  * zone lock being acquired to add the page to the zone.  For WAITOK
 620  * allocations we just pause briefly.  NOWAIT may experience a transient
 621  * failure.  To alleviate this we permit a small number of simultaneous
 622  * fills to proceed concurrently so NOWAIT is less likely to fail unless
 623  * we are really out of KVA.
 624  */
 625 static void *
 626 vmem_bt_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
 627     int wait)
 628 {
 629         vmem_addr_t addr;
 630
 631         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
 632
 633         /*
 634          * Single thread boundary tag allocation so that the address space
 635          * and memory are added in one atomic operation.
 636          */
 637         mtx_lock(&vmem_bt_lock);
 638         if (vmem_xalloc(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena, bytes, 0, 0, 0,
 639             VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
 640             M_NOWAIT | M_NOVM | M_USE_RESERVE | M_BESTFIT, &addr) == 0) {
 641                 if (kmem_back_domain(domain, kernel_object, addr, bytes,
 642                     M_NOWAIT | M_USE_RESERVE) == 0) {
 643                         mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 644                         return ((void *)addr);
 645                 }
 646                 vmem_xfree(vm_dom[domain].vmd_kernel_arena, addr, bytes);
 647                 mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 648                 /*
 649                  * Out of memory, not address space.  This may not even be
 650                  * possible due to M_USE_RESERVE page allocation.
 651                  */
 652                 if (wait & M_WAITOK)
 653                         vm_wait_domain(domain);
 654                 return (NULL);
 655         }
 656         mtx_unlock(&vmem_bt_lock);
 657         /*
 658          * We're either out of address space or lost a fill race.
 659          */
 660         if (wait & M_WAITOK)
 661                 pause("btalloc", 1);
 662
 663         return (NULL);
 664 }
 665
 666 /*
 667  * How many pages do we need to startup_alloc.
 668  */
 669 int
 670 vmem_startup_count(void)
 671 {
 672
 673         return (howmany(BT_MAXALLOC,
 674             UMA_SLAB_SPACE / sizeof(struct vmem_btag)));
 675 }
 676 #endif
 677
 678 void
 679 vmem_startup(void)
 680 {
 681
 682         mtx_init(&vmem_list_lock, "vmem list lock", NULL, MTX_DEF);
 683         vmem_zone = uma_zcreate("vmem",
 684             sizeof(struct vmem), NULL, NULL, NULL, NULL,
 685             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_VM);
 686         vmem_bt_zone = uma_zcreate("vmem btag",
 687             sizeof(struct vmem_btag), NULL, NULL, NULL, NULL,
 688             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZONE_VM | UMA_ZONE_NOFREE);
 689 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
 690         mtx_init(&vmem_bt_lock, "btag lock", NULL, MTX_DEF);
 691         uma_prealloc(vmem_bt_zone, BT_MAXALLOC);
 692         /*
 693          * Reserve enough tags to allocate new tags.  We allow multiple
 694          * CPUs to attempt to allocate new tags concurrently to limit
 695          * false restarts in UMA.
 696          */
 697         uma_zone_reserve(vmem_bt_zone, BT_MAXALLOC * (mp_ncpus + 1) / 2);
 698         uma_zone_set_allocf(vmem_bt_zone, vmem_bt_alloc);
 699 #endif
 700 }
 701
 702 /* ---- rehash */
 703
 704 static int
 705 vmem_rehash(vmem_t *vm, vmem_size_t newhashsize)
 706 {
 707         bt_t *bt;
 708         int i;
 709         struct vmem_hashlist *newhashlist;
 710         struct vmem_hashlist *oldhashlist;
 711         vmem_size_t oldhashsize;
 712
 713         MPASS(newhashsize > 0);
 714
 715         newhashlist = malloc(sizeof(struct vmem_hashlist) * newhashsize,
 716             M_VMEM, M_NOWAIT);
 717         if (newhashlist == NULL)
 718                 return ENOMEM;
 719         for (i = 0; i < newhashsize; i++) {
 720                 LIST_INIT(&newhashlist[i]);
 721         }
 722
 723         VMEM_LOCK(vm);
 724         oldhashlist = vm->vm_hashlist;
 725         oldhashsize = vm->vm_hashsize;
 726         vm->vm_hashlist = newhashlist;
 727         vm->vm_hashsize = newhashsize;
 728         if (oldhashlist == NULL) {
 729                 VMEM_UNLOCK(vm);
 730                 return 0;
 731         }
 732         for (i = 0; i < oldhashsize; i++) {
 733                 while ((bt = LIST_FIRST(&oldhashlist[i])) != NULL) {
 734                         bt_rembusy(vm, bt);
 735                         bt_insbusy(vm, bt);
 736                 }
 737         }
 738         VMEM_UNLOCK(vm);
 739
 740         if (oldhashlist != vm->vm_hash0) {
 741                 free(oldhashlist, M_VMEM);
 742         }
 743
 744         return 0;
 745 }
 746
 747 static void
 748 vmem_periodic_kick(void *dummy)
 749 {
 750
 751         taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &vmem_periodic_wk);
 752 }
 753
 754 static void
 755 vmem_periodic(void *unused, int pending)
 756 {
 757         vmem_t *vm;
 758         vmem_size_t desired;
 759         vmem_size_t current;
 760
 761         mtx_lock(&vmem_list_lock);
 762         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
 763 #ifdef DIAGNOSTIC
 764                 /* Convenient time to verify vmem state. */
 765                 if (enable_vmem_check == 1) {
 766                         VMEM_LOCK(vm);
 767                         vmem_check(vm);
 768                         VMEM_UNLOCK(vm);
 769                 }
 770 #endif
 771                 desired = 1 << flsl(vm->vm_nbusytag);
 772                 desired = MIN(MAX(desired, VMEM_HASHSIZE_MIN),
 773                     VMEM_HASHSIZE_MAX);
 774                 current = vm->vm_hashsize;
 775
 776                 /* Grow in powers of two.  Shrink less aggressively. */
 777                 if (desired >= current * 2 || desired * 4 <= current)
 778                         vmem_rehash(vm, desired);
 779
 780                 /*
 781                  * Periodically wake up threads waiting for resources,
 782                  * so they could ask for reclamation again.
 783                  */
 784                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
 785         }
 786         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
 787
 788         callout_reset(&vmem_periodic_ch, vmem_periodic_interval,
 789             vmem_periodic_kick, NULL);
 790 }
 791
 792 static void
 793 vmem_start_callout(void *unused)
 794 {
 795
 796         TASK_INIT(&vmem_periodic_wk, 0, vmem_periodic, NULL);
 797         vmem_periodic_interval = hz * 10;
 798         callout_init(&vmem_periodic_ch, 1);
 799         callout_reset(&vmem_periodic_ch, vmem_periodic_interval,
 800             vmem_periodic_kick, NULL);
 801 }
 802 SYSINIT(vfs, SI_SUB_CONFIGURE, SI_ORDER_ANY, vmem_start_callout, NULL);
 803
 804 static void
 805 vmem_add1(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, int type)
 806 {
 807         bt_t *btspan;
 808         bt_t *btfree;
 809
 810         MPASS(type == BT_TYPE_SPAN || type == BT_TYPE_SPAN_STATIC);
 811         MPASS((size & vm->vm_quantum_mask) == 0);
 812
 813         btspan = bt_alloc(vm);
 814         btspan->bt_type = type;
 815         btspan->bt_start = addr;
 816         btspan->bt_size = size;
 817         bt_insseg_tail(vm, btspan);
 818
 819         btfree = bt_alloc(vm);
 820         btfree->bt_type = BT_TYPE_FREE;
 821         btfree->bt_start = addr;
 822         btfree->bt_size = size;
 823         bt_insseg(vm, btfree, btspan);
 824         bt_insfree(vm, btfree);
 825
 826         vm->vm_size += size;
 827 }
 828
 829 static void
 830 vmem_destroy1(vmem_t *vm)
 831 {
 832         bt_t *bt;
 833
 834         /*
 835          * Drain per-cpu quantum caches.
 836          */
 837         qc_destroy(vm);
 838
 839         /*
 840          * The vmem should now only contain empty segments.
 841          */
 842         VMEM_LOCK(vm);
 843         MPASS(vm->vm_nbusytag == 0);
 844
 845         while ((bt = TAILQ_FIRST(&vm->vm_seglist)) != NULL)
 846                 bt_remseg(vm, bt);
 847
 848         if (vm->vm_hashlist != NULL && vm->vm_hashlist != vm->vm_hash0)
 849                 free(vm->vm_hashlist, M_VMEM);
 850
 851         bt_freetrim(vm, 0);
 852
 853         VMEM_CONDVAR_DESTROY(vm);
 854         VMEM_LOCK_DESTROY(vm);
 855         uma_zfree(vmem_zone, vm);
 856 }
 857
 858 static int
 859 vmem_import(vmem_t *vm, vmem_size_t size, vmem_size_t align, int flags)
 860 {
 861         vmem_addr_t addr;
 862         int error;
 863
 864         if (vm->vm_importfn == NULL)
 865                 return (EINVAL);
 866
 867         /*
 868          * To make sure we get a span that meets the alignment we double it
 869          * and add the size to the tail.  This slightly overestimates.
 870          */
 871         if (align != vm->vm_quantum_mask + 1)
 872                 size = (align * 2) + size;
 873         size = roundup(size, vm->vm_import_quantum);
 874
 875         if (vm->vm_limit != 0 && vm->vm_limit < vm->vm_size + size)
 876                 return (ENOMEM);
 877
 878         /*
 879          * Hide MAXALLOC tags so we're guaranteed to be able to add this
 880          * span and the tag we want to allocate from it.
 881          */
 882         MPASS(vm->vm_nfreetags >= BT_MAXALLOC);
 883         vm->vm_nfreetags -= BT_MAXALLOC;
 884         VMEM_UNLOCK(vm);
 885         error = (vm->vm_importfn)(vm->vm_arg, size, flags, &addr);
 886         VMEM_LOCK(vm);
 887         vm->vm_nfreetags += BT_MAXALLOC;
 888         if (error)
 889                 return (ENOMEM);
 890
 891         vmem_add1(vm, addr, size, BT_TYPE_SPAN);
 892
 893         return 0;
 894 }
 895
 896 /*
 897  * vmem_fit: check if a bt can satisfy the given restrictions.
 898  *
 899  * it's a caller's responsibility to ensure the region is big enough
 900  * before calling us.
 901  */
 902 static int
 903 vmem_fit(const bt_t *bt, vmem_size_t size, vmem_size_t align,
 904     vmem_size_t phase, vmem_size_t nocross, vmem_addr_t minaddr,
 905     vmem_addr_t maxaddr, vmem_addr_t *addrp)
 906 {
 907         vmem_addr_t start;
 908         vmem_addr_t end;
 909
 910         MPASS(size > 0);
 911         MPASS(bt->bt_size >= size); /* caller's responsibility */
 912
 913         /*
 914          * XXX assumption: vmem_addr_t and vmem_size_t are
 915          * unsigned integer of the same size.
 916          */
 917
 918         start = bt->bt_start;
 919         if (start < minaddr) {
 920                 start = minaddr;
 921         }
 922         end = BT_END(bt);
 923         if (end > maxaddr)
 924                 end = maxaddr;
 925         if (start > end)
 926                 return (ENOMEM);
 927
 928         start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, align) + phase;
 929         if (start < bt->bt_start)
 930                 start += align;
 931         if (VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross)) {
 932                 MPASS(align < nocross);
 933                 start = VMEM_ALIGNUP(start - phase, nocross) + phase;
 934         }
 935         if (start <= end && end - start >= size - 1) {
 936                 MPASS((start & (align - 1)) == phase);
 937                 MPASS(!VMEM_CROSS_P(start, start + size - 1, nocross));
 938                 MPASS(minaddr <= start);
 939                 MPASS(maxaddr == 0 || start + size - 1 <= maxaddr);
 940                 MPASS(bt->bt_start <= start);
 941                 MPASS(BT_END(bt) - start >= size - 1);
 942                 *addrp = start;
 943
 944                 return (0);
 945         }
 946         return (ENOMEM);
 947 }
 948
 949 /*
 950  * vmem_clip:  Trim the boundary tag edges to the requested start and size.
 951  */
 952 static void
 953 vmem_clip(vmem_t *vm, bt_t *bt, vmem_addr_t start, vmem_size_t size)
 954 {
 955         bt_t *btnew;
 956         bt_t *btprev;
 957
 958         VMEM_ASSERT_LOCKED(vm);
 959         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_FREE);
 960         MPASS(bt->bt_size >= size);
 961         bt_remfree(vm, bt);
 962         if (bt->bt_start != start) {
 963                 btprev = bt_alloc(vm);
 964                 btprev->bt_type = BT_TYPE_FREE;
 965                 btprev->bt_start = bt->bt_start;
 966                 btprev->bt_size = start - bt->bt_start;
 967                 bt->bt_start = start;
 968                 bt->bt_size -= btprev->bt_size;
 969                 bt_insfree(vm, btprev);
 970                 bt_insseg(vm, btprev,
 971                     TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist));
 972         }
 973         MPASS(bt->bt_start == start);
 974         if (bt->bt_size != size && bt->bt_size - size > vm->vm_quantum_mask) {
 975                 /* split */
 976                 btnew = bt_alloc(vm);
 977                 btnew->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 978                 btnew->bt_start = bt->bt_start;
 979                 btnew->bt_size = size;
 980                 bt->bt_start = bt->bt_start + size;
 981                 bt->bt_size -= size;
 982                 bt_insfree(vm, bt);
 983                 bt_insseg(vm, btnew,
 984                     TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist));
 985                 bt_insbusy(vm, btnew);
 986                 bt = btnew;
 987         } else {
 988                 bt->bt_type = BT_TYPE_BUSY;
 989                 bt_insbusy(vm, bt);
 990         }
 991         MPASS(bt->bt_size >= size);
 992 }
 993
 994 /* ---- vmem API */
 995
 996 void
 997 vmem_set_import(vmem_t *vm, vmem_import_t *importfn,
 998      vmem_release_t *releasefn, void *arg, vmem_size_t import_quantum)
 999 {
1000
1001         VMEM_LOCK(vm);
1002         vm->vm_importfn = importfn;
1003         vm->vm_releasefn = releasefn;
1004         vm->vm_arg = arg;
1005         vm->vm_import_quantum = import_quantum;
1006         VMEM_UNLOCK(vm);
1007 }
1008
1009 void
1010 vmem_set_limit(vmem_t *vm, vmem_size_t limit)
1011 {
1012
1013         VMEM_LOCK(vm);
1014         vm->vm_limit = limit;
1015         VMEM_UNLOCK(vm);
1016 }
1017
1018 void
1019 vmem_set_reclaim(vmem_t *vm, vmem_reclaim_t *reclaimfn)
1020 {
1021
1022         VMEM_LOCK(vm);
1023         vm->vm_reclaimfn = reclaimfn;
1024         VMEM_UNLOCK(vm);
1025 }
1026
1027 /*
1028  * vmem_init: Initializes vmem arena.
1029  */
1030 vmem_t *
1031 vmem_init(vmem_t *vm, const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
1032     vmem_size_t quantum, vmem_size_t qcache_max, int flags)
1033 {
1034         int i;
1035
1036         MPASS(quantum > 0);
1037         MPASS((quantum & (quantum - 1)) == 0);
1038
1039         bzero(vm, sizeof(*vm));
1040
1041         VMEM_CONDVAR_INIT(vm, name);
1042         VMEM_LOCK_INIT(vm, name);
1043         vm->vm_nfreetags = 0;
1044         LIST_INIT(&vm->vm_freetags);
1045         strlcpy(vm->vm_name, name, sizeof(vm->vm_name));
1046         vm->vm_quantum_mask = quantum - 1;
1047         vm->vm_quantum_shift = flsl(quantum) - 1;
1048         vm->vm_nbusytag = 0;
1049         vm->vm_size = 0;
1050         vm->vm_limit = 0;
1051         vm->vm_inuse = 0;
1052         qc_init(vm, qcache_max);
1053
1054         TAILQ_INIT(&vm->vm_seglist);
1055         for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
1056                 LIST_INIT(&vm->vm_freelist[i]);
1057         }
1058         memset(&vm->vm_hash0, 0, sizeof(vm->vm_hash0));
1059         vm->vm_hashsize = VMEM_HASHSIZE_MIN;
1060         vm->vm_hashlist = vm->vm_hash0;
1061
1062         if (size != 0) {
1063                 if (vmem_add(vm, base, size, flags) != 0) {
1064                         vmem_destroy1(vm);
1065                         return NULL;
1066                 }
1067         }
1068
1069         mtx_lock(&vmem_list_lock);
1070         LIST_INSERT_HEAD(&vmem_list, vm, vm_alllist);
1071         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
1072
1073         return vm;
1074 }
1075
1076 /*
1077  * vmem_create: create an arena.
1078  */
1079 vmem_t *
1080 vmem_create(const char *name, vmem_addr_t base, vmem_size_t size,
1081     vmem_size_t quantum, vmem_size_t qcache_max, int flags)
1082 {
1083
1084         vmem_t *vm;
1085
1086         vm = uma_zalloc(vmem_zone, flags & (M_WAITOK|M_NOWAIT));
1087         if (vm == NULL)
1088                 return (NULL);
1089         if (vmem_init(vm, name, base, size, quantum, qcache_max,
1090             flags) == NULL)
1091                 return (NULL);
1092         return (vm);
1093 }
1094
1095 void
1096 vmem_destroy(vmem_t *vm)
1097 {
1098
1099         mtx_lock(&vmem_list_lock);
1100         LIST_REMOVE(vm, vm_alllist);
1101         mtx_unlock(&vmem_list_lock);
1102
1103         vmem_destroy1(vm);
1104 }
1105
1106 vmem_size_t
1107 vmem_roundup_size(vmem_t *vm, vmem_size_t size)
1108 {
1109
1110         return (size + vm->vm_quantum_mask) & ~vm->vm_quantum_mask;
1111 }
1112
1113 /*
1114  * vmem_alloc: allocate resource from the arena.
1115  */
1116 int
1117 vmem_alloc(vmem_t *vm, vmem_size_t size, int flags, vmem_addr_t *addrp)
1118 {
1119         const int strat __unused = flags & VMEM_FITMASK;
1120         qcache_t *qc;
1121
1122         flags &= VMEM_FLAGS;
1123         MPASS(size > 0);
1124         MPASS(strat == M_BESTFIT || strat == M_FIRSTFIT);
1125         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
1126                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL, "vmem_alloc");
1127
1128         if (size <= vm->vm_qcache_max) {
1129                 qc = &vm->vm_qcache[(size - 1) >> vm->vm_quantum_shift];
1130                 *addrp = (vmem_addr_t)uma_zalloc(qc->qc_cache, flags);
1131                 if (*addrp == 0)
1132                         return (ENOMEM);
1133                 return (0);
1134         }
1135
1136         return vmem_xalloc(vm, size, 0, 0, 0, VMEM_ADDR_MIN, VMEM_ADDR_MAX,
1137             flags, addrp);
1138 }
1139
1140 int
1141 vmem_xalloc(vmem_t *vm, const vmem_size_t size0, vmem_size_t align,
1142     const vmem_size_t phase, const vmem_size_t nocross,
1143     const vmem_addr_t minaddr, const vmem_addr_t maxaddr, int flags,
1144     vmem_addr_t *addrp)
1145 {
1146         const vmem_size_t size = vmem_roundup_size(vm, size0);
1147         struct vmem_freelist *list;
1148         struct vmem_freelist *first;
1149         struct vmem_freelist *end;
1150         vmem_size_t avail;
1151         bt_t *bt;
1152         int error;
1153         int strat;
1154
1155         flags &= VMEM_FLAGS;
1156         strat = flags & VMEM_FITMASK;
1157         MPASS(size0 > 0);
1158         MPASS(size > 0);
1159         MPASS(strat == M_BESTFIT || strat == M_FIRSTFIT);
1160         MPASS((flags & (M_NOWAIT|M_WAITOK)) != (M_NOWAIT|M_WAITOK));
1161         if ((flags & M_NOWAIT) == 0)
1162                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL, "vmem_xalloc");
1163         MPASS((align & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1164         MPASS((align & (align - 1)) == 0);
1165         MPASS((phase & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1166         MPASS((nocross & vm->vm_quantum_mask) == 0);
1167         MPASS((nocross & (nocross - 1)) == 0);
1168         MPASS((align == 0 && phase == 0) || phase < align);
1169         MPASS(nocross == 0 || nocross >= size);
1170         MPASS(minaddr <= maxaddr);
1171         MPASS(!VMEM_CROSS_P(phase, phase + size - 1, nocross));
1172
1173         if (align == 0)
1174                 align = vm->vm_quantum_mask + 1;
1175
1176         *addrp = 0;
1177         end = &vm->vm_freelist[VMEM_MAXORDER];
1178         /*
1179          * choose a free block from which we allocate.
1180          */
1181         first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
1182         VMEM_LOCK(vm);
1183         for (;;) {
1184                 /*
1185                  * Make sure we have enough tags to complete the
1186                  * operation.
1187                  */
1188                 if (vm->vm_nfreetags < BT_MAXALLOC &&
1189                     bt_fill(vm, flags) != 0) {
1190                         error = ENOMEM;
1191                         break;
1192                 }
1193                 /*
1194                  * Scan freelists looking for a tag that satisfies the
1195                  * allocation.  If we're doing BESTFIT we may encounter
1196                  * sizes below the request.  If we're doing FIRSTFIT we
1197                  * inspect only the first element from each list.
1198                  */
1199                 for (list = first; list < end; list++) {
1200                         LIST_FOREACH(bt, list, bt_freelist) {
1201                                 if (bt->bt_size >= size) {
1202                                         error = vmem_fit(bt, size, align, phase,
1203                                             nocross, minaddr, maxaddr, addrp);
1204                                         if (error == 0) {
1205                                                 vmem_clip(vm, bt, *addrp, size);
1206                                                 goto out;
1207                                         }
1208                                 }
1209                                 /* FIRST skips to the next list. */
1210                                 if (strat == M_FIRSTFIT)
1211                                         break;
1212                         }
1213                 }
1214                 /*
1215                  * Retry if the fast algorithm failed.
1216                  */
1217                 if (strat == M_FIRSTFIT) {
1218                         strat = M_BESTFIT;
1219                         first = bt_freehead_toalloc(vm, size, strat);
1220                         continue;
1221                 }
1222                 /*
1223                  * XXX it is possible to fail to meet restrictions with the
1224                  * imported region.  It is up to the user to specify the
1225                  * import quantum such that it can satisfy any allocation.
1226                  */
1227                 if (vmem_import(vm, size, align, flags) == 0)
1228                         continue;
1229
1230                 /*
1231                  * Try to free some space from the quantum cache or reclaim
1232                  * functions if available.
1233                  */
1234                 if (vm->vm_qcache_max != 0 || vm->vm_reclaimfn != NULL) {
1235                         avail = vm->vm_size - vm->vm_inuse;
1236                         VMEM_UNLOCK(vm);
1237                         if (vm->vm_qcache_max != 0)
1238                                 qc_drain(vm);
1239                         if (vm->vm_reclaimfn != NULL)
1240                                 vm->vm_reclaimfn(vm, flags);
1241                         VMEM_LOCK(vm);
1242                         /* If we were successful retry even NOWAIT. */
1243                         if (vm->vm_size - vm->vm_inuse > avail)
1244                                 continue;
1245                 }
1246                 if ((flags & M_NOWAIT) != 0) {
1247                         error = ENOMEM;
1248                         break;
1249                 }
1250                 VMEM_CONDVAR_WAIT(vm);
1251         }
1252 out:
1253         VMEM_UNLOCK(vm);
1254         if (error != 0 && (flags & M_NOWAIT) == 0)
1255                 panic("failed to allocate waiting allocation\n");
1256
1257         return (error);
1258 }
1259
1260 /*
1261  * vmem_free: free the resource to the arena.
1262  */
1263 void
1264 vmem_free(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
1265 {
1266         qcache_t *qc;
1267         MPASS(size > 0);
1268
1269         if (size <= vm->vm_qcache_max) {
1270                 qc = &vm->vm_qcache[(size - 1) >> vm->vm_quantum_shift];
1271                 uma_zfree(qc->qc_cache, (void *)addr);
1272         } else
1273                 vmem_xfree(vm, addr, size);
1274 }
1275
1276 void
1277 vmem_xfree(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size)
1278 {
1279         bt_t *bt;
1280         bt_t *t;
1281
1282         MPASS(size > 0);
1283
1284         VMEM_LOCK(vm);
1285         bt = bt_lookupbusy(vm, addr);
1286         MPASS(bt != NULL);
1287         MPASS(bt->bt_start == addr);
1288         MPASS(bt->bt_size == vmem_roundup_size(vm, size) ||
1289             bt->bt_size - vmem_roundup_size(vm, size) <= vm->vm_quantum_mask);
1290         MPASS(bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
1291         bt_rembusy(vm, bt);
1292         bt->bt_type = BT_TYPE_FREE;
1293
1294         /* coalesce */
1295         t = TAILQ_NEXT(bt, bt_seglist);
1296         if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1297                 MPASS(BT_END(bt) < t->bt_start);        /* YYY */
1298                 bt->bt_size += t->bt_size;
1299                 bt_remfree(vm, t);
1300                 bt_remseg(vm, t);
1301         }
1302         t = TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist);
1303         if (t != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1304                 MPASS(BT_END(t) < bt->bt_start);        /* YYY */
1305                 bt->bt_size += t->bt_size;
1306                 bt->bt_start = t->bt_start;
1307                 bt_remfree(vm, t);
1308                 bt_remseg(vm, t);
1309         }
1310
1311         t = TAILQ_PREV(bt, vmem_seglist, bt_seglist);
1312         MPASS(t != NULL);
1313         MPASS(BT_ISSPAN_P(t) || t->bt_type == BT_TYPE_BUSY);
1314         if (vm->vm_releasefn != NULL && t->bt_type == BT_TYPE_SPAN &&
1315             t->bt_size == bt->bt_size) {
1316                 vmem_addr_t spanaddr;
1317                 vmem_size_t spansize;
1318
1319                 MPASS(t->bt_start == bt->bt_start);
1320                 spanaddr = bt->bt_start;
1321                 spansize = bt->bt_size;
1322                 bt_remseg(vm, bt);
1323                 bt_remseg(vm, t);
1324                 vm->vm_size -= spansize;
1325                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
1326                 bt_freetrim(vm, BT_MAXFREE);
1327                 (*vm->vm_releasefn)(vm->vm_arg, spanaddr, spansize);
1328         } else {
1329                 bt_insfree(vm, bt);
1330                 VMEM_CONDVAR_BROADCAST(vm);
1331                 bt_freetrim(vm, BT_MAXFREE);
1332         }
1333 }
1334
1335 /*
1336  * vmem_add:
1337  *
1338  */
1339 int
1340 vmem_add(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr, vmem_size_t size, int flags)
1341 {
1342         int error;
1343
1344         error = 0;
1345         flags &= VMEM_FLAGS;
1346         VMEM_LOCK(vm);
1347         if (vm->vm_nfreetags >= BT_MAXALLOC || bt_fill(vm, flags) == 0)
1348                 vmem_add1(vm, addr, size, BT_TYPE_SPAN_STATIC);
1349         else
1350                 error = ENOMEM;
1351         VMEM_UNLOCK(vm);
1352
1353         return (error);
1354 }
1355
1356 /*
1357  * vmem_size: information about arenas size
1358  */
1359 vmem_size_t
1360 vmem_size(vmem_t *vm, int typemask)
1361 {
1362         int i;
1363
1364         switch (typemask) {
1365         case VMEM_ALLOC:
1366                 return vm->vm_inuse;
1367         case VMEM_FREE:
1368                 return vm->vm_size - vm->vm_inuse;
1369         case VMEM_FREE|VMEM_ALLOC:
1370                 return vm->vm_size;
1371         case VMEM_MAXFREE:
1372                 VMEM_LOCK(vm);
1373                 for (i = VMEM_MAXORDER - 1; i >= 0; i--) {
1374                         if (LIST_EMPTY(&vm->vm_freelist[i]))
1375                                 continue;
1376                         VMEM_UNLOCK(vm);
1377                         return ((vmem_size_t)ORDER2SIZE(i) <<
1378                             vm->vm_quantum_shift);
1379                 }
1380                 VMEM_UNLOCK(vm);
1381                 return (0);
1382         default:
1383                 panic("vmem_size");
1384         }
1385 }
1386
1387 /* ---- debug */
1388
1389 #if defined(DDB) || defined(DIAGNOSTIC)
1390
1391 static void bt_dump(const bt_t *, int (*)(const char *, ...)
1392     __printflike(1, 2));
1393
1394 static const char *
1395 bt_type_string(int type)
1396 {
1397
1398         switch (type) {
1399         case BT_TYPE_BUSY:
1400                 return "busy";
1401         case BT_TYPE_FREE:
1402                 return "free";
1403         case BT_TYPE_SPAN:
1404                 return "span";
1405         case BT_TYPE_SPAN_STATIC:
1406                 return "static span";
1407         default:
1408                 break;
1409         }
1410         return "BOGUS";
1411 }
1412
1413 static void
1414 bt_dump(const bt_t *bt, int (*pr)(const char *, ...))
1415 {
1416
1417         (*pr)("\t%p: %jx %jx, %d(%s)\n",
1418             bt, (intmax_t)bt->bt_start, (intmax_t)bt->bt_size,
1419             bt->bt_type, bt_type_string(bt->bt_type));
1420 }
1421
1422 static void
1423 vmem_dump(const vmem_t *vm , int (*pr)(const char *, ...) __printflike(1, 2))
1424 {
1425         const bt_t *bt;
1426         int i;
1427
1428         (*pr)("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
1429         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1430                 bt_dump(bt, pr);
1431         }
1432
1433         for (i = 0; i < VMEM_MAXORDER; i++) {
1434                 const struct vmem_freelist *fl = &vm->vm_freelist[i];
1435
1436                 if (LIST_EMPTY(fl)) {
1437                         continue;
1438                 }
1439
1440                 (*pr)("freelist[%d]\n", i);
1441                 LIST_FOREACH(bt, fl, bt_freelist) {
1442                         bt_dump(bt, pr);
1443                 }
1444         }
1445 }
1446
1447 #endif /* defined(DDB) || defined(DIAGNOSTIC) */
1448
1449 #if defined(DDB)
1450 #include <ddb/ddb.h>
1451
1452 static bt_t *
1453 vmem_whatis_lookup(vmem_t *vm, vmem_addr_t addr)
1454 {
1455         bt_t *bt;
1456
1457         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1458                 if (BT_ISSPAN_P(bt)) {
1459                         continue;
1460                 }
1461                 if (bt->bt_start <= addr && addr <= BT_END(bt)) {
1462                         return bt;
1463                 }
1464         }
1465
1466         return NULL;
1467 }
1468
1469 void
1470 vmem_whatis(vmem_addr_t addr, int (*pr)(const char *, ...))
1471 {
1472         vmem_t *vm;
1473
1474         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
1475                 bt_t *bt;
1476
1477                 bt = vmem_whatis_lookup(vm, addr);
1478                 if (bt == NULL) {
1479                         continue;
1480                 }
1481                 (*pr)("%p is %p+%zu in VMEM '%s' (%s)\n",
1482                     (void *)addr, (void *)bt->bt_start,
1483                     (vmem_size_t)(addr - bt->bt_start), vm->vm_name,
1484                     (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) ? "allocated" : "free");
1485         }
1486 }
1487
1488 void
1489 vmem_printall(const char *modif, int (*pr)(const char *, ...))
1490 {
1491         const vmem_t *vm;
1492
1493         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist) {
1494                 vmem_dump(vm, pr);
1495         }
1496 }
1497
1498 void
1499 vmem_print(vmem_addr_t addr, const char *modif, int (*pr)(const char *, ...))
1500 {
1501         const vmem_t *vm = (const void *)addr;
1502
1503         vmem_dump(vm, pr);
1504 }
1505
1506 DB_SHOW_COMMAND(vmemdump, vmemdump)
1507 {
1508
1509         if (!have_addr) {
1510                 db_printf("usage: show vmemdump <addr>\n");
1511                 return;
1512         }
1513
1514         vmem_dump((const vmem_t *)addr, db_printf);
1515 }
1516
1517 DB_SHOW_ALL_COMMAND(vmemdump, vmemdumpall)
1518 {
1519         const vmem_t *vm;
1520
1521         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist)
1522                 vmem_dump(vm, db_printf);
1523 }
1524
1525 DB_SHOW_COMMAND(vmem, vmem_summ)
1526 {
1527         const vmem_t *vm = (const void *)addr;
1528         const bt_t *bt;
1529         size_t ft[VMEM_MAXORDER], ut[VMEM_MAXORDER];
1530         size_t fs[VMEM_MAXORDER], us[VMEM_MAXORDER];
1531         int ord;
1532
1533         if (!have_addr) {
1534                 db_printf("usage: show vmem <addr>\n");
1535                 return;
1536         }
1537
1538         db_printf("vmem %p '%s'\n", vm, vm->vm_name);
1539         db_printf("\tquantum:\t%zu\n", vm->vm_quantum_mask + 1);
1540         db_printf("\tsize:\t%zu\n", vm->vm_size);
1541         db_printf("\tinuse:\t%zu\n", vm->vm_inuse);
1542         db_printf("\tfree:\t%zu\n", vm->vm_size - vm->vm_inuse);
1543         db_printf("\tbusy tags:\t%d\n", vm->vm_nbusytag);
1544         db_printf("\tfree tags:\t%d\n", vm->vm_nfreetags);
1545
1546         memset(&ft, 0, sizeof(ft));
1547         memset(&ut, 0, sizeof(ut));
1548         memset(&fs, 0, sizeof(fs));
1549         memset(&us, 0, sizeof(us));
1550         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1551                 ord = SIZE2ORDER(bt->bt_size >> vm->vm_quantum_shift);
1552                 if (bt->bt_type == BT_TYPE_BUSY) {
1553                         ut[ord]++;
1554                         us[ord] += bt->bt_size;
1555                 } else if (bt->bt_type == BT_TYPE_FREE) {
1556                         ft[ord]++;
1557                         fs[ord] += bt->bt_size;
1558                 }
1559         }
1560         db_printf("\t\t\tinuse\tsize\t\tfree\tsize\n");
1561         for (ord = 0; ord < VMEM_MAXORDER; ord++) {
1562                 if (ut[ord] == 0 && ft[ord] == 0)
1563                         continue;
1564                 db_printf("\t%-15zu %zu\t%-15zu %zu\t%-16zu\n",
1565                     ORDER2SIZE(ord) << vm->vm_quantum_shift,
1566                     ut[ord], us[ord], ft[ord], fs[ord]);
1567         }
1568 }
1569
1570 DB_SHOW_ALL_COMMAND(vmem, vmem_summall)
1571 {
1572         const vmem_t *vm;
1573
1574         LIST_FOREACH(vm, &vmem_list, vm_alllist)
1575                 vmem_summ((db_expr_t)vm, TRUE, count, modif);
1576 }
1577 #endif /* defined(DDB) */
1578
1579 #define vmem_printf printf
1580
1581 #if defined(DIAGNOSTIC)
1582
1583 static bool
1584 vmem_check_sanity(vmem_t *vm)
1585 {
1586         const bt_t *bt, *bt2;
1587
1588         MPASS(vm != NULL);
1589
1590         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1591                 if (bt->bt_start > BT_END(bt)) {
1592                         printf("corrupted tag\n");
1593                         bt_dump(bt, vmem_printf);
1594                         return false;
1595                 }
1596         }
1597         TAILQ_FOREACH(bt, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1598                 TAILQ_FOREACH(bt2, &vm->vm_seglist, bt_seglist) {
1599                         if (bt == bt2) {
1600                                 continue;
1601                         }
1602                         if (BT_ISSPAN_P(bt) != BT_ISSPAN_P(bt2)) {
1603                                 continue;
1604                         }
1605                         if (bt->bt_start <= BT_END(bt2) &&
1606                             bt2->bt_start <= BT_END(bt)) {
1607                                 printf("overwrapped tags\n");
1608                                 bt_dump(bt, vmem_printf);
1609                                 bt_dump(bt2, vmem_printf);
1610                                 return false;
1611                         }
1612                 }
1613         }
1614
1615         return true;
1616 }
1617
1618 static void
1619 vmem_check(vmem_t *vm)
1620 {
1621
1622         if (!vmem_check_sanity(vm)) {
1623                 panic("insanity vmem %p", vm);
1624         }
1625 }
1626
1627 #endif /* defined(DIAGNOSTIC) */