]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
Merge branch 'releng/11.3' into releng-CDN/11.3
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    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 ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 /* I should really use ktr.. */
54 /*
55 #define UMA_DEBUG 1
56 #define UMA_DEBUG_ALLOC 1
57 #define UMA_DEBUG_ALLOC_1 1
58 */
59
60 #include "opt_ddb.h"
61 #include "opt_param.h"
62 #include "opt_vm.h"
63
64 #include <sys/param.h>
65 #include <sys/systm.h>
66 #include <sys/bitset.h>
67 #include <sys/eventhandler.h>
68 #include <sys/kernel.h>
69 #include <sys/types.h>
70 #include <sys/queue.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/ktr.h>
73 #include <sys/lock.h>
74 #include <sys/sysctl.h>
75 #include <sys/mutex.h>
76 #include <sys/proc.h>
77 #include <sys/random.h>
78 #include <sys/rwlock.h>
79 #include <sys/sbuf.h>
80 #include <sys/sched.h>
81 #include <sys/smp.h>
82 #include <sys/taskqueue.h>
83 #include <sys/vmmeter.h>
84
85 #include <vm/vm.h>
86 #include <vm/vm_object.h>
87 #include <vm/vm_page.h>
88 #include <vm/vm_pageout.h>
89 #include <vm/vm_param.h>
90 #include <vm/vm_map.h>
91 #include <vm/vm_kern.h>
92 #include <vm/vm_extern.h>
93 #include <vm/uma.h>
94 #include <vm/uma_int.h>
95 #include <vm/uma_dbg.h>
96
97 #include <ddb/ddb.h>
98
99 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
100 #include <vm/memguard.h>
101 #endif
102
103 /*
104  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
105  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
106  * bss section to bootstrap us.
107  */
108 static struct uma_keg masterkeg;
109 static struct uma_zone masterzone_k;
110 static struct uma_zone masterzone_z;
111 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
112 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
113
114 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
115 static uma_zone_t slabzone;
116
117 /*
118  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
119  * prior to malloc coming up.
120  */
121 static uma_zone_t hashzone;
122
123 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
124 int uma_align_cache = 64 - 1;
125
126 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
127
128 /*
129  * Are we allowed to allocate buckets?
130  */
131 static int bucketdisable = 1;
132
133 /* Linked list of all kegs in the system */
134 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
135
136 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
137 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
138     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
139
140 /* This RW lock protects the keg list */
141 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
142
143 /* Linked list of boot time pages */
144 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
145     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_boot_pages);
146
147 /* This mutex protects the boot time pages list */
148 static struct mtx_padalign uma_boot_pages_mtx;
149
150 static struct sx uma_drain_lock;
151
152 /* Is the VM done starting up? */
153 static int booted = 0;
154 #define UMA_STARTUP     1
155 #define UMA_STARTUP2    2
156
157 /*
158  * This is the handle used to schedule events that need to happen
159  * outside of the allocation fast path.
160  */
161 static struct callout uma_callout;
162 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
163
164 /*
165  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
166  * a special allocation function just for zones.
167  */
168 struct uma_zctor_args {
169         const char *name;
170         size_t size;
171         uma_ctor ctor;
172         uma_dtor dtor;
173         uma_init uminit;
174         uma_fini fini;
175         uma_import import;
176         uma_release release;
177         void *arg;
178         uma_keg_t keg;
179         int align;
180         uint32_t flags;
181 };
182
183 struct uma_kctor_args {
184         uma_zone_t zone;
185         size_t size;
186         uma_init uminit;
187         uma_fini fini;
188         int align;
189         uint32_t flags;
190 };
191
192 struct uma_bucket_zone {
193         uma_zone_t      ubz_zone;
194         char            *ubz_name;
195         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
196         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
197 };
198
199 /*
200  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
201  * of two sizes for more efficient space utilization.
202  */
203 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
204     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
205
206 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
207
208 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
209         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
210         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
211         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
212         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
213         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
214         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
215         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
216         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
217         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
218         { NULL, NULL, 0}
219 };
220
221 /*
222  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
223  */
224 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
225
226 /* Prototypes.. */
227
228 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
229 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
230 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
231 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
232 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
233 static void cache_drain(uma_zone_t);
234 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
235 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
236 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
237 static void keg_dtor(void *, int, void *);
238 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
239 static void zone_dtor(void *, int, void *);
240 static int zero_init(void *, int, int);
241 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
242 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
243 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
244 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
245 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
246 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
247 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
248 static void uma_timeout(void *);
249 static void uma_startup3(void);
250 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
251 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
252 static void bucket_enable(void);
253 static void bucket_init(void);
254 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
255 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
256 static void bucket_zone_drain(void);
257 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
258 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
259 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
260 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
261 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
262 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
263     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
264 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
265 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
266 static void uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone);
267
268 void uma_print_zone(uma_zone_t);
269 void uma_print_stats(void);
270 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
271 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
272
273 #ifdef INVARIANTS
274 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
275 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
276 #endif
277
278 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
279
280 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
281     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
282
283 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
284     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
285
286 static int zone_warnings = 1;
287 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
288     "Warn when UMA zones becomes full");
289
290 /*
291  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
292  */
293 static void
294 bucket_enable(void)
295 {
296         bucketdisable = vm_page_count_min();
297 }
298
299 /*
300  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
301  *
302  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
303  * of the header and an array of pointers.
304  */
305 static void
306 bucket_init(void)
307 {
308         struct uma_bucket_zone *ubz;
309         int size;
310
311         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
312                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
313                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
314                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
315                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
316                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
317         }
318 }
319
320 /*
321  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
322  * to allocate the bucket.
323  */
324 static struct uma_bucket_zone *
325 bucket_zone_lookup(int entries)
326 {
327         struct uma_bucket_zone *ubz;
328
329         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
330                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
331                         return (ubz);
332         ubz--;
333         return (ubz);
334 }
335
336 static int
337 bucket_select(int size)
338 {
339         struct uma_bucket_zone *ubz;
340
341         ubz = &bucket_zones[0];
342         if (size > ubz->ubz_maxsize)
343                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
344
345         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
346                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
347                         break;
348         ubz--;
349         return (ubz->ubz_entries);
350 }
351
352 static uma_bucket_t
353 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
354 {
355         struct uma_bucket_zone *ubz;
356         uma_bucket_t bucket;
357
358         /*
359          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
360          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
361          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
362          * low memory situations.
363          */
364         if (bucketdisable)
365                 return (NULL);
366         /*
367          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
368          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
369          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
370          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
371          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
372          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
373          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
374          * free path.
375          */
376         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
377                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
378         else {
379                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
380                         return (NULL);
381                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
382         }
383         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
384                 flags |= M_NOVM;
385         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
386         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
387                 ubz++;
388         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
389         if (bucket) {
390 #ifdef INVARIANTS
391                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
392 #endif
393                 bucket->ub_cnt = 0;
394                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
395         }
396
397         return (bucket);
398 }
399
400 static void
401 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
402 {
403         struct uma_bucket_zone *ubz;
404
405         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
406             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
407         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
408                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
409         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
410         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
411 }
412
413 static void
414 bucket_zone_drain(void)
415 {
416         struct uma_bucket_zone *ubz;
417
418         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
419                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
420 }
421
422 static void
423 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
424 {
425         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
426
427         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
428                 return;
429
430         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
431                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
432 }
433
434 static inline void
435 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
436 {
437
438         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
439                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
440 }
441
442 static void
443 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
444 {
445         uma_klink_t klink;
446
447         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
448                 kegfn(klink->kl_keg);
449 }
450
451 /*
452  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
453  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
454  *
455  * Arguments:
456  *      arg   Unused
457  *
458  * Returns:
459  *      Nothing
460  */
461 static void
462 uma_timeout(void *unused)
463 {
464         bucket_enable();
465         zone_foreach(zone_timeout);
466
467         /* Reschedule this event */
468         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
469 }
470
471 /*
472  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
473  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
474  *
475  *  Returns nothing.
476  */
477 static void
478 keg_timeout(uma_keg_t keg)
479 {
480
481         KEG_LOCK(keg);
482         /*
483          * Expand the keg hash table.
484          *
485          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
486          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
487          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
488          */
489         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
490             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
491                 struct uma_hash newhash;
492                 struct uma_hash oldhash;
493                 int ret;
494
495                 /*
496                  * This is so involved because allocating and freeing
497                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
498                  * I have to do everything in stages and check for
499                  * races.
500                  */
501                 newhash = keg->uk_hash;
502                 KEG_UNLOCK(keg);
503                 ret = hash_alloc(&newhash);
504                 KEG_LOCK(keg);
505                 if (ret) {
506                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
507                                 oldhash = keg->uk_hash;
508                                 keg->uk_hash = newhash;
509                         } else
510                                 oldhash = newhash;
511
512                         KEG_UNLOCK(keg);
513                         hash_free(&oldhash);
514                         return;
515                 }
516         }
517         KEG_UNLOCK(keg);
518 }
519
520 static void
521 zone_timeout(uma_zone_t zone)
522 {
523
524         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
525 }
526
527 /*
528  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
529  * backing store.
530  *
531  * Arguments:
532  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
533  *
534  * Returns:
535  *      1 on success and 0 on failure.
536  */
537 static int
538 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
539 {
540         u_int oldsize;
541         size_t alloc;
542
543         oldsize = hash->uh_hashsize;
544
545         /* We're just going to go to a power of two greater */
546         if (oldsize)  {
547                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
548                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
549                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
550                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
551         } else {
552                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
553                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
554                     M_WAITOK);
555                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
556         }
557         if (hash->uh_slab_hash) {
558                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
559                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
560                 return (1);
561         }
562
563         return (0);
564 }
565
566 /*
567  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
568  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
569  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
570  *
571  * Arguments:
572  *      oldhash  The hash you want to expand
573  *      newhash  The hash structure for the new table
574  *
575  * Returns:
576  *      Nothing
577  *
578  * Discussion:
579  */
580 static int
581 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
582 {
583         uma_slab_t slab;
584         u_int hval;
585         u_int idx;
586
587         if (!newhash->uh_slab_hash)
588                 return (0);
589
590         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
591                 return (0);
592
593         /*
594          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
595          * full rehash.
596          */
597
598         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
599                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
600                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
601                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[idx], us_hlink);
602                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
603                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
604                             slab, us_hlink);
605                 }
606
607         return (1);
608 }
609
610 /*
611  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
612  *
613  * Arguments:
614  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
615  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
616  *
617  * Returns:
618  *      Nothing
619  */
620 static void
621 hash_free(struct uma_hash *hash)
622 {
623         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
624                 return;
625         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
626                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
627         else
628                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
629 }
630
631 /*
632  * Frees all outstanding items in a bucket
633  *
634  * Arguments:
635  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
636  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
637  *
638  * Returns:
639  *      Nothing
640  */
641
642 static void
643 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
644 {
645         int i;
646
647         if (bucket == NULL)
648                 return;
649
650         if (zone->uz_fini)
651                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
652                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
653         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
654         bucket->ub_cnt = 0;
655 }
656
657 /*
658  * Drains the per cpu caches for a zone.
659  *
660  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
661  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
662  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
663  *
664  * Arguments:
665  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
666  *
667  * Returns:
668  *      Nothing
669  */
670 static void
671 cache_drain(uma_zone_t zone)
672 {
673         uma_cache_t cache;
674         int cpu;
675
676         /*
677          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
678          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
679          * of the caches at this point.
680          *
681          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
682          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
683          *
684          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
685          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
686          * there in some form?
687          */
688         CPU_FOREACH(cpu) {
689                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
690                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
691                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
692                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
693                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
694                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
695                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
696                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
697         }
698         ZONE_LOCK(zone);
699         bucket_cache_drain(zone);
700         ZONE_UNLOCK(zone);
701 }
702
703 static void
704 cache_shrink(uma_zone_t zone)
705 {
706
707         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
708                 return;
709
710         ZONE_LOCK(zone);
711         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
712         ZONE_UNLOCK(zone);
713 }
714
715 static void
716 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
717 {
718         uma_cache_t cache;
719         uma_bucket_t b1, b2;
720
721         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
722                 return;
723
724         b1 = b2 = NULL;
725         ZONE_LOCK(zone);
726         critical_enter();
727         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
728         if (cache->uc_allocbucket) {
729                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
730                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
731                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
732                 else
733                         b1 = cache->uc_allocbucket;
734                 cache->uc_allocbucket = NULL;
735         }
736         if (cache->uc_freebucket) {
737                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
738                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
739                             cache->uc_freebucket, ub_link);
740                 else
741                         b2 = cache->uc_freebucket;
742                 cache->uc_freebucket = NULL;
743         }
744         critical_exit();
745         ZONE_UNLOCK(zone);
746         if (b1)
747                 bucket_free(zone, b1, NULL);
748         if (b2)
749                 bucket_free(zone, b2, NULL);
750 }
751
752 /*
753  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
754  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
755  * one by one and enter a critical section on each of them in order
756  * to safely access their cache buckets.
757  * Zone lock must not be held on call this function.
758  */
759 static void
760 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
761 {
762         int cpu;
763
764         /*
765          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
766          */
767         if (zone)
768                 cache_shrink(zone);
769         else
770                 zone_foreach(cache_shrink);
771
772         CPU_FOREACH(cpu) {
773                 thread_lock(curthread);
774                 sched_bind(curthread, cpu);
775                 thread_unlock(curthread);
776
777                 if (zone)
778                         cache_drain_safe_cpu(zone);
779                 else
780                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
781         }
782         thread_lock(curthread);
783         sched_unbind(curthread);
784         thread_unlock(curthread);
785 }
786
787 /*
788  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
789  */
790 static void
791 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
792 {
793         uma_bucket_t bucket;
794
795         /*
796          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
797          * cpu (alloc/free).
798          */
799         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
800                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
801                 ZONE_UNLOCK(zone);
802                 bucket_drain(zone, bucket);
803                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
804                 ZONE_LOCK(zone);
805         }
806
807         /*
808          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
809          * is probably lower then price of global cache drain.
810          */
811         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
812                 zone->uz_count--;
813 }
814
815 static void
816 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
817 {
818         uint8_t *mem;
819         int i;
820         uint8_t flags;
821
822         mem = slab->us_data;
823         flags = slab->us_flags;
824         i = start;
825         if (keg->uk_fini != NULL) {
826                 for (i--; i > -1; i--)
827                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
828                             keg->uk_size);
829         }
830         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
831                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
832 #ifdef UMA_DEBUG
833         printf("%s: Returning %d bytes.\n", keg->uk_name,
834             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
835 #endif
836         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
837 }
838
839 /*
840  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
841  * the pageout daemon.
842  *
843  * Returns nothing.
844  */
845 static void
846 keg_drain(uma_keg_t keg)
847 {
848         struct slabhead freeslabs = { 0 };
849         uma_slab_t slab, tmp;
850
851         /*
852          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
853          * time
854          */
855         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
856                 return;
857
858 #ifdef UMA_DEBUG
859         printf("%s free items: %u\n", keg->uk_name, keg->uk_free);
860 #endif
861         KEG_LOCK(keg);
862         if (keg->uk_free == 0)
863                 goto finished;
864
865         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &keg->uk_free_slab, us_link, tmp) {
866                 /* We have nowhere to free these to. */
867                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
868                         continue;
869
870                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
871                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
872                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
873
874                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
875                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
876
877                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
878         }
879 finished:
880         KEG_UNLOCK(keg);
881
882         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
883                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
884                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
885         }
886 }
887
888 static void
889 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
890 {
891
892         /*
893          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
894          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
895          * is the only call that knows the structure will still be available
896          * when it wakes up.
897          */
898         ZONE_LOCK(zone);
899         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
900                 if (waitok == M_NOWAIT)
901                         goto out;
902                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
903         }
904         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
905         bucket_cache_drain(zone);
906         ZONE_UNLOCK(zone);
907         /*
908          * The DRAINING flag protects us from being freed while
909          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
910          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
911          */
912         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
913         ZONE_LOCK(zone);
914         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
915         wakeup(zone);
916 out:
917         ZONE_UNLOCK(zone);
918 }
919
920 void
921 zone_drain(uma_zone_t zone)
922 {
923
924         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
925 }
926
927 /*
928  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
929  *
930  * Arguments:
931  *      wait  Shall we wait?
932  *
933  * Returns:
934  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
935  *      caller specified M_NOWAIT.
936  */
937 static uma_slab_t
938 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
939 {
940         uma_alloc allocf;
941         uma_slab_t slab;
942         uint8_t *mem;
943         uint8_t flags;
944         int i;
945
946         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
947         slab = NULL;
948         mem = NULL;
949
950 #ifdef UMA_DEBUG
951         printf("alloc_slab:  Allocating a new slab for %s\n", keg->uk_name);
952 #endif
953         allocf = keg->uk_allocf;
954         KEG_UNLOCK(keg);
955
956         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
957                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
958                 if (slab == NULL)
959                         goto out;
960         }
961
962         /*
963          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
964          * first time they are added to a zone.
965          *
966          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
967          */
968
969         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
970                 wait |= M_ZERO;
971         else
972                 wait &= ~M_ZERO;
973
974         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
975                 wait |= M_NODUMP;
976
977         /* zone is passed for legacy reasons. */
978         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
979         if (mem == NULL) {
980                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
981                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
982                 slab = NULL;
983                 goto out;
984         }
985
986         /* Point the slab into the allocated memory */
987         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
988                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
989
990         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
991                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
992                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
993
994         slab->us_keg = keg;
995         slab->us_data = mem;
996         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
997         slab->us_flags = flags;
998         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
999 #ifdef INVARIANTS
1000         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1001 #endif
1002
1003         if (keg->uk_init != NULL) {
1004                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1005                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1006                             keg->uk_size, wait) != 0)
1007                                 break;
1008                 if (i != keg->uk_ipers) {
1009                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1010                         slab = NULL;
1011                         goto out;
1012                 }
1013         }
1014 out:
1015         KEG_LOCK(keg);
1016
1017         if (slab != NULL) {
1018                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1019                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1020
1021                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1022                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1023         }
1024
1025         return (slab);
1026 }
1027
1028 /*
1029  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1030  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1031  * the VM is ready.
1032  */
1033 static void *
1034 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1035 {
1036         uma_keg_t keg;
1037         uma_slab_t tmps;
1038         int pages, check_pages;
1039
1040         keg = zone_first_keg(zone);
1041         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1042         check_pages = pages - 1;
1043         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1044
1045         /*
1046          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1047          */
1048         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1049
1050         /* First check if we have enough room. */
1051         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1052         while (tmps != NULL && check_pages-- > 0)
1053                 tmps = LIST_NEXT(tmps, us_link);
1054         if (tmps != NULL) {
1055                 /*
1056                  * It's ok to lose tmps references.  The last one will
1057                  * have tmps->us_data pointing to the start address of
1058                  * "pages" contiguous pages of memory.
1059                  */
1060                 while (pages-- > 0) {
1061                         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1062                         LIST_REMOVE(tmps, us_link);
1063                 }
1064                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1065                 *pflag = tmps->us_flags;
1066                 return (tmps->us_data);
1067         }
1068         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1069         if (booted < UMA_STARTUP2)
1070                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1071         /*
1072          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1073          */
1074 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1075         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1076 #else
1077         keg->uk_allocf = page_alloc;
1078 #endif
1079         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1080 }
1081
1082 /*
1083  * Allocates a number of pages from the system
1084  *
1085  * Arguments:
1086  *      bytes  The number of bytes requested
1087  *      wait  Shall we wait?
1088  *
1089  * Returns:
1090  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1091  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1092  */
1093 static void *
1094 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1095 {
1096         void *p;        /* Returned page */
1097
1098         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1099         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1100
1101         return (p);
1102 }
1103
1104 /*
1105  * Allocates a number of pages from within an object
1106  *
1107  * Arguments:
1108  *      bytes  The number of bytes requested
1109  *      wait   Shall we wait?
1110  *
1111  * Returns:
1112  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1113  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1114  */
1115 static void *
1116 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1117 {
1118         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1119         u_long npages;
1120         vm_offset_t retkva, zkva;
1121         vm_page_t p, p_next;
1122         uma_keg_t keg;
1123
1124         TAILQ_INIT(&alloctail);
1125         keg = zone_first_keg(zone);
1126
1127         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1128         while (npages > 0) {
1129                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1130                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1131                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1132                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1133                 if (p != NULL) {
1134                         /*
1135                          * Since the page does not belong to an object, its
1136                          * listq is unused.
1137                          */
1138                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1139                         npages--;
1140                         continue;
1141                 }
1142                 /*
1143                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1144                  * exit.
1145                  */
1146                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1147                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1148                         vm_page_free(p); 
1149                 }
1150                 return (NULL);
1151         }
1152         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1153         zkva = keg->uk_kva +
1154             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1155         retkva = zkva;
1156         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1157                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1158                 zkva += PAGE_SIZE;
1159         }
1160
1161         return ((void *)retkva);
1162 }
1163
1164 /*
1165  * Frees a number of pages to the system
1166  *
1167  * Arguments:
1168  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1169  *      size  The size of the memory being freed
1170  *      flags The original p->us_flags field
1171  *
1172  * Returns:
1173  *      Nothing
1174  */
1175 static void
1176 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1177 {
1178         struct vmem *vmem;
1179
1180         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1181                 vmem = kmem_arena;
1182         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1183                 vmem = kernel_arena;
1184         else
1185                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d", flags);
1186
1187         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1188 }
1189
1190 /*
1191  * Zero fill initializer
1192  *
1193  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1194  */
1195 static int
1196 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1197 {
1198         bzero(mem, size);
1199         return (0);
1200 }
1201
1202 /*
1203  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1204  *
1205  * Arguments
1206  *      keg  The zone we should initialize
1207  *
1208  * Returns
1209  *      Nothing
1210  */
1211 static void
1212 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1213 {
1214         u_int rsize;
1215         u_int memused;
1216         u_int wastedspace;
1217         u_int shsize;
1218         u_int slabsize;
1219
1220         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1221                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1222
1223                 slabsize = sizeof(struct pcpu);
1224                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1225                     PAGE_SIZE);
1226         } else {
1227                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1228                 keg->uk_ppera = 1;
1229         }
1230
1231         /*
1232          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1233          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1234          * allocation bits for we round it up.
1235          */
1236         rsize = keg->uk_size;
1237         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1238                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1239         if (rsize & keg->uk_align)
1240                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1241         keg->uk_rsize = rsize;
1242
1243         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1244             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1245             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1246
1247         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1248                 shsize = 0;
1249         else 
1250                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1251
1252         if (rsize <= slabsize - shsize)
1253                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1254         else {
1255                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1256                  * alignment requirement can be relaxed. */
1257                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1258                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1259                 keg->uk_ipers = 1;
1260         }
1261         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1262             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1263
1264         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1265         wastedspace = slabsize - memused;
1266
1267         /*
1268          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1269          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1270          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1271          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1272          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1273          */
1274         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1275             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1276                 return;
1277
1278         /*
1279          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1280          * this if it permits more items per-slab.
1281          *
1282          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1283          * Historically this was not done because the VM could not
1284          * efficiently handle contiguous allocations.
1285          */
1286         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1287             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1288                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1289                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1290                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1291 #ifdef UMA_DEBUG
1292                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1293                     "keg: %s, calculated wastedspace = %d, "
1294                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1295                     "calculated ipers = %d, "
1296                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, wastedspace,
1297                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1298                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1299 #endif
1300                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1301         }
1302
1303         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1304             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1305                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1306 }
1307
1308 /*
1309  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1310  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1311  * more complicated.
1312  *
1313  * Arguments
1314  *      keg  The keg we should initialize
1315  *
1316  * Returns
1317  *      Nothing
1318  */
1319 static void
1320 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1321 {
1322         u_int shsize;
1323
1324         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1325         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1326             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1327         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1328             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1329
1330         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1331         keg->uk_ipers = 1;
1332         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1333
1334         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1335         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1336                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1337                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1338                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1339                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1340
1341                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1342                         /*
1343                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1344                          * we need an extra page per allocation to contain the
1345                          * slab header.
1346                          */
1347                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1348                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1349                         else
1350                                 keg->uk_ppera++;
1351                 }
1352         }
1353
1354         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1355             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1356                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1357 }
1358
1359 static void
1360 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1361 {
1362         int alignsize;
1363         int trailer;
1364         int pages;
1365         int rsize;
1366
1367         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1368             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1369
1370         alignsize = keg->uk_align + 1;
1371         rsize = keg->uk_size;
1372         /*
1373          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1374          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1375          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1376          * would fall on the same boundary every time.
1377          */
1378         if (rsize & keg->uk_align)
1379                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1380         if ((rsize & alignsize) == 0)
1381                 rsize += alignsize;
1382         trailer = rsize - keg->uk_size;
1383         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1384         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1385         keg->uk_rsize = rsize;
1386         keg->uk_ppera = pages;
1387         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1388         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1389         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1390             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1391             keg->uk_ipers));
1392 }
1393
1394 /*
1395  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1396  * the keg onto the global keg list.
1397  *
1398  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1399  *      udata  Actually uma_kctor_args
1400  */
1401 static int
1402 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1403 {
1404         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1405         uma_keg_t keg = mem;
1406         uma_zone_t zone;
1407
1408         bzero(keg, size);
1409         keg->uk_size = arg->size;
1410         keg->uk_init = arg->uminit;
1411         keg->uk_fini = arg->fini;
1412         keg->uk_align = arg->align;
1413         keg->uk_free = 0;
1414         keg->uk_reserve = 0;
1415         keg->uk_pages = 0;
1416         keg->uk_flags = arg->flags;
1417         keg->uk_allocf = page_alloc;
1418         keg->uk_freef = page_free;
1419         keg->uk_slabzone = NULL;
1420
1421         /*
1422          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1423          */
1424         zone = arg->zone;
1425         keg->uk_name = zone->uz_name;
1426
1427         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1428                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1429
1430         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1431                 keg->uk_init = zero_init;
1432
1433         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1434                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1435
1436         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1437 #ifdef SMP
1438                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1439 #else
1440                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1441 #endif
1442
1443         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1444                 keg_cachespread_init(keg);
1445         } else {
1446                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1447                         keg_large_init(keg);
1448                 else
1449                         keg_small_init(keg);
1450         }
1451
1452         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1453                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1454
1455         /*
1456          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1457          * startup cache until the vm is ready.
1458          */
1459         if (keg->uk_ppera == 1) {
1460 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1461                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1462                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1463
1464                 if (booted < UMA_STARTUP)
1465                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1466 #else
1467                 if (booted < UMA_STARTUP2)
1468                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1469 #endif
1470         } else if (booted < UMA_STARTUP2 &&
1471             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1472                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1473
1474         /*
1475          * Initialize keg's lock
1476          */
1477         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1478
1479         /*
1480          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1481          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1482          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1483          */
1484         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1485                 u_int totsize;
1486
1487                 /* Size of the slab struct and free list */
1488                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1489
1490                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1491                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1492                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1493                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1494
1495                 /*
1496                  * The only way the following is possible is if with our
1497                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1498                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1499                  * mathematically possible for all cases, so we make
1500                  * sure here anyway.
1501                  */
1502                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1503                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1504                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1505                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1506                             keg->uk_size);
1507                         panic("UMA slab won't fit.");
1508                 }
1509         }
1510
1511         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1512                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1513
1514 #ifdef UMA_DEBUG
1515         printf("UMA: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
1516             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
1517             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
1518             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1519             keg->uk_free);
1520 #endif
1521
1522         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1523
1524         rw_wlock(&uma_rwlock);
1525         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1526         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1527         return (0);
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1532  *
1533  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1534  *      udata  Actually uma_zctor_args
1535  */
1536 static int
1537 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1538 {
1539         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1540         uma_zone_t zone = mem;
1541         uma_zone_t z;
1542         uma_keg_t keg;
1543
1544         bzero(zone, size);
1545         zone->uz_name = arg->name;
1546         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1547         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1548         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1549         zone->uz_init = NULL;
1550         zone->uz_fini = NULL;
1551         zone->uz_allocs = 0;
1552         zone->uz_frees = 0;
1553         zone->uz_fails = 0;
1554         zone->uz_sleeps = 0;
1555         zone->uz_count = 0;
1556         zone->uz_count_min = 0;
1557         zone->uz_flags = 0;
1558         zone->uz_warning = NULL;
1559         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1560         keg = arg->keg;
1561
1562         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1563
1564         /*
1565          * This is a pure cache zone, no kegs.
1566          */
1567         if (arg->import) {
1568                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1569                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1570                 zone->uz_flags = arg->flags;
1571                 zone->uz_size = arg->size;
1572                 zone->uz_import = arg->import;
1573                 zone->uz_release = arg->release;
1574                 zone->uz_arg = arg->arg;
1575                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1576                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1577                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1578                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1579                 goto out;
1580         }
1581
1582         /*
1583          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1584          */
1585         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1586         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1587         zone->uz_arg = zone; 
1588
1589         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1590                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1591                 zone->uz_init = arg->uminit;
1592                 zone->uz_fini = arg->fini;
1593                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1594                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1595                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1596                 ZONE_LOCK(zone);
1597                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1598                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1599                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1600                                 break;
1601                         }
1602                 }
1603                 ZONE_UNLOCK(zone);
1604                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1605         } else if (keg == NULL) {
1606                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1607                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1608                         return (ENOMEM);
1609         } else {
1610                 struct uma_kctor_args karg;
1611                 int error;
1612
1613                 /* We should only be here from uma_startup() */
1614                 karg.size = arg->size;
1615                 karg.uminit = arg->uminit;
1616                 karg.fini = arg->fini;
1617                 karg.align = arg->align;
1618                 karg.flags = arg->flags;
1619                 karg.zone = zone;
1620                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1621                     flags);
1622                 if (error)
1623                         return (error);
1624         }
1625
1626         /*
1627          * Link in the first keg.
1628          */
1629         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1630         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1631         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1632         zone->uz_size = keg->uk_size;
1633         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1634             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1635
1636         /*
1637          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1638          * caches.  If we're internal, bail out here.
1639          */
1640         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1641                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1642                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1643                 return (0);
1644         }
1645
1646 out:
1647         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1648             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1649             ("Invalid zone flag combination"));
1650         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1651                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1652         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1653                 zone->uz_count = 0;
1654         else
1655                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1656         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1657
1658         return (0);
1659 }
1660
1661 /*
1662  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1663  * table and removes the keg from the global list.
1664  *
1665  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1666  *      udata  unused
1667  */
1668 static void
1669 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1670 {
1671         uma_keg_t keg;
1672
1673         keg = (uma_keg_t)arg;
1674         KEG_LOCK(keg);
1675         if (keg->uk_free != 0) {
1676                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1677                     " Lost %d pages of memory.\n",
1678                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1679                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1680         }
1681         KEG_UNLOCK(keg);
1682
1683         hash_free(&keg->uk_hash);
1684
1685         KEG_LOCK_FINI(keg);
1686 }
1687
1688 /*
1689  * Zone header dtor.
1690  *
1691  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1692  *      udata  unused
1693  */
1694 static void
1695 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1696 {
1697         uma_klink_t klink;
1698         uma_zone_t zone;
1699         uma_keg_t keg;
1700
1701         zone = (uma_zone_t)arg;
1702         keg = zone_first_keg(zone);
1703
1704         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1705                 cache_drain(zone);
1706
1707         rw_wlock(&uma_rwlock);
1708         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1709         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1710         /*
1711          * XXX there are some races here where
1712          * the zone can be drained but zone lock
1713          * released and then refilled before we
1714          * remove it... we dont care for now
1715          */
1716         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1717         /*
1718          * Unlink all of our kegs.
1719          */
1720         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1721                 klink->kl_keg = NULL;
1722                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1723                 if (klink == &zone->uz_klink)
1724                         continue;
1725                 free(klink, M_TEMP);
1726         }
1727         /*
1728          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1729          */
1730         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1731                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1732                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1733                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1734                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1735         }
1736         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1737 }
1738
1739 /*
1740  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1741  *
1742  * Arguments:
1743  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1744  *              as an argument.
1745  *
1746  * Returns:
1747  *      Nothing
1748  */
1749 static void
1750 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1751 {
1752         uma_keg_t keg;
1753         uma_zone_t zone;
1754
1755         rw_rlock(&uma_rwlock);
1756         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1757                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1758                         zfunc(zone);
1759         }
1760         rw_runlock(&uma_rwlock);
1761 }
1762
1763 /* Public functions */
1764 /* See uma.h */
1765 void
1766 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1767 {
1768         struct uma_zctor_args args;
1769         uma_slab_t slab;
1770         int i;
1771
1772 #ifdef UMA_DEBUG
1773         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1774 #endif
1775         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1776
1777         /* "manually" create the initial zone */
1778         memset(&args, 0, sizeof(args));
1779         args.name = "UMA Kegs";
1780         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1781         args.ctor = keg_ctor;
1782         args.dtor = keg_dtor;
1783         args.uminit = zero_init;
1784         args.fini = NULL;
1785         args.keg = &masterkeg;
1786         args.align = 32 - 1;
1787         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1788         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1789         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1790
1791 #ifdef UMA_DEBUG
1792         printf("Filling boot free list.\n");
1793 #endif
1794         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1795                 slab = (uma_slab_t)((uint8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1796                 slab->us_data = (uint8_t *)slab;
1797                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1798                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1799         }
1800         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1801
1802 #ifdef UMA_DEBUG
1803         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1804 #endif
1805         args.name = "UMA Zones";
1806         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1807             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1808         args.ctor = zone_ctor;
1809         args.dtor = zone_dtor;
1810         args.uminit = zero_init;
1811         args.fini = NULL;
1812         args.keg = NULL;
1813         args.align = 32 - 1;
1814         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1815         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1816         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1817
1818 #ifdef UMA_DEBUG
1819         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1820 #endif
1821
1822         /* Now make a zone for slab headers */
1823         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1824                                 sizeof(struct uma_slab),
1825                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1826                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1827
1828         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1829             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1830             NULL, NULL, NULL, NULL,
1831             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1832
1833         bucket_init();
1834
1835         booted = UMA_STARTUP;
1836
1837 #ifdef UMA_DEBUG
1838         printf("UMA startup complete.\n");
1839 #endif
1840 }
1841
1842 /* see uma.h */
1843 void
1844 uma_startup2(void)
1845 {
1846         booted = UMA_STARTUP2;
1847         bucket_enable();
1848         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
1849 #ifdef UMA_DEBUG
1850         printf("UMA startup2 complete.\n");
1851 #endif
1852 }
1853
1854 /*
1855  * Initialize our callout handle
1856  *
1857  */
1858
1859 static void
1860 uma_startup3(void)
1861 {
1862 #ifdef UMA_DEBUG
1863         printf("Starting callout.\n");
1864 #endif
1865         callout_init(&uma_callout, 1);
1866         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1867 #ifdef UMA_DEBUG
1868         printf("UMA startup3 complete.\n");
1869 #endif
1870 }
1871
1872 static uma_keg_t
1873 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1874                 int align, uint32_t flags)
1875 {
1876         struct uma_kctor_args args;
1877
1878         args.size = size;
1879         args.uminit = uminit;
1880         args.fini = fini;
1881         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1882         args.flags = flags;
1883         args.zone = zone;
1884         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1885 }
1886
1887 /* See uma.h */
1888 void
1889 uma_set_align(int align)
1890 {
1891
1892         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1893                 uma_align_cache = align;
1894 }
1895
1896 /* See uma.h */
1897 uma_zone_t
1898 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1899                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1900
1901 {
1902         struct uma_zctor_args args;
1903         uma_zone_t res;
1904         bool locked;
1905
1906         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
1907             align, name));
1908
1909         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1910         memset(&args, 0, sizeof(args));
1911         args.name = name;
1912         args.size = size;
1913         args.ctor = ctor;
1914         args.dtor = dtor;
1915         args.uminit = uminit;
1916         args.fini = fini;
1917 #ifdef  INVARIANTS
1918         /*
1919          * If a zone is being created with an empty constructor and
1920          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
1921          * memory use after free.
1922          */
1923         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
1924             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
1925                 args.ctor = trash_ctor;
1926                 args.dtor = trash_dtor;
1927                 args.uminit = trash_init;
1928                 args.fini = trash_fini;
1929         }
1930 #endif
1931         args.align = align;
1932         args.flags = flags;
1933         args.keg = NULL;
1934
1935         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1936                 locked = false;
1937         } else {
1938                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1939                 locked = true;
1940         }
1941         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1942         if (locked)
1943                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1944         return (res);
1945 }
1946
1947 /* See uma.h */
1948 uma_zone_t
1949 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1950                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1951 {
1952         struct uma_zctor_args args;
1953         uma_keg_t keg;
1954         uma_zone_t res;
1955         bool locked;
1956
1957         keg = zone_first_keg(master);
1958         memset(&args, 0, sizeof(args));
1959         args.name = name;
1960         args.size = keg->uk_size;
1961         args.ctor = ctor;
1962         args.dtor = dtor;
1963         args.uminit = zinit;
1964         args.fini = zfini;
1965         args.align = keg->uk_align;
1966         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1967         args.keg = keg;
1968
1969         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1970                 locked = false;
1971         } else {
1972                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1973                 locked = true;
1974         }
1975         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1976         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1977         if (locked)
1978                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1979         return (res);
1980 }
1981
1982 /* See uma.h */
1983 uma_zone_t
1984 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1985                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
1986                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
1987 {
1988         struct uma_zctor_args args;
1989
1990         memset(&args, 0, sizeof(args));
1991         args.name = name;
1992         args.size = size;
1993         args.ctor = ctor;
1994         args.dtor = dtor;
1995         args.uminit = zinit;
1996         args.fini = zfini;
1997         args.import = zimport;
1998         args.release = zrelease;
1999         args.arg = arg;
2000         args.align = 0;
2001         args.flags = flags;
2002
2003         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
2004 }
2005
2006 static void
2007 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2008 {
2009         if (a < b) {
2010                 ZONE_LOCK(a);
2011                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2012         } else {
2013                 ZONE_LOCK(b);
2014                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2015         }
2016 }
2017
2018 static void
2019 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2020 {
2021
2022         ZONE_UNLOCK(a);
2023         ZONE_UNLOCK(b);
2024 }
2025
2026 int
2027 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2028 {
2029         uma_klink_t klink;
2030         uma_klink_t kl;
2031         int error;
2032
2033         error = 0;
2034         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2035
2036         zone_lock_pair(zone, master);
2037         /*
2038          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2039          * a secondary.
2040          */
2041         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2042             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2043                 error = EINVAL;
2044                 goto out;
2045         }
2046         /*
2047          * The new master must also use vtoslab().
2048          */
2049         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2050                 error = EINVAL;
2051                 goto out;
2052         }
2053
2054         /*
2055          * The underlying object must be the same size.  rsize
2056          * may be different.
2057          */
2058         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2059                 error = E2BIG;
2060                 goto out;
2061         }
2062         /*
2063          * Put it at the end of the list.
2064          */
2065         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2066         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2067                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2068                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2069                         break;
2070                 }
2071         }
2072         klink = NULL;
2073         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2074         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2075
2076 out:
2077         zone_unlock_pair(zone, master);
2078         if (klink != NULL)
2079                 free(klink, M_TEMP);
2080
2081         return (error);
2082 }
2083
2084
2085 /* See uma.h */
2086 void
2087 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2088 {
2089
2090         sx_slock(&uma_drain_lock);
2091         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2092         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2093 }
2094
2095 void
2096 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2097 {
2098         void *item;
2099
2100         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2101         uma_zfree(zone, item);
2102 }
2103
2104 /* See uma.h */
2105 void *
2106 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2107 {
2108         void *item;
2109         uma_cache_t cache;
2110         uma_bucket_t bucket;
2111         int lockfail;
2112         int cpu;
2113
2114         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2115         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2116
2117         /* This is the fast path allocation */
2118 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2119         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2120 #endif
2121         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
2122             zone->uz_name, flags);
2123
2124         if (flags & M_WAITOK) {
2125                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2126                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2127         }
2128         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2129             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2130
2131 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2132         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2133                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2134                 if (item != NULL) {
2135                         if (zone->uz_init != NULL &&
2136                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2137                                 return (NULL);
2138                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2139                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2140                             flags) != 0) {
2141                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2142                                 return (NULL);
2143                         }
2144                         return (item);
2145                 }
2146                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2147         }
2148 #endif
2149         /*
2150          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2151          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2152          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2153          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2154          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2155          * preemption and migration.  We release the critical section in
2156          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2157          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2158          * must detect and handle migration if it has occurred.
2159          */
2160         critical_enter();
2161         cpu = curcpu;
2162         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2163
2164 zalloc_start:
2165         bucket = cache->uc_allocbucket;
2166         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2167                 bucket->ub_cnt--;
2168                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2169 #ifdef INVARIANTS
2170                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2171 #endif
2172                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2173                 cache->uc_allocs++;
2174                 critical_exit();
2175                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2176                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2177                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2178                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2179                         return (NULL);
2180                 }
2181 #ifdef INVARIANTS
2182                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2183 #endif
2184                 if (flags & M_ZERO)
2185                         uma_zero_item(item, zone);
2186                 return (item);
2187         }
2188
2189         /*
2190          * We have run out of items in our alloc bucket.
2191          * See if we can switch with our free bucket.
2192          */
2193         bucket = cache->uc_freebucket;
2194         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2195 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2196                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with alloc.\n");
2197 #endif
2198                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2199                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2200                 goto zalloc_start;
2201         }
2202
2203         /*
2204          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2205          */
2206         bucket = cache->uc_allocbucket;
2207         cache->uc_allocbucket = NULL;
2208         critical_exit();
2209         if (bucket != NULL)
2210                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2211
2212         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2213         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2214                 goto zalloc_item;
2215
2216         /*
2217          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2218          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2219          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2220          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2221          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2222          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2223          * the critical section.
2224          */
2225         lockfail = 0;
2226         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2227                 /* Record contention to size the buckets. */
2228                 ZONE_LOCK(zone);
2229                 lockfail = 1;
2230         }
2231         critical_enter();
2232         cpu = curcpu;
2233         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2234
2235         /*
2236          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2237          */
2238         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2239         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2240         cache->uc_allocs = 0;
2241         cache->uc_frees = 0;
2242
2243         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2244         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2245                 ZONE_UNLOCK(zone);
2246                 goto zalloc_start;
2247         }
2248
2249         /*
2250          * Check the zone's cache of buckets.
2251          */
2252         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2253                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2254                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2255
2256                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2257                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2258                 ZONE_UNLOCK(zone);
2259                 goto zalloc_start;
2260         }
2261         /* We are no longer associated with this CPU. */
2262         critical_exit();
2263
2264         /*
2265          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2266          * handle the working set.
2267          */
2268         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2269                 zone->uz_count++;
2270         ZONE_UNLOCK(zone);
2271
2272         /*
2273          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2274          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2275          * will use the just filled bucket.
2276          */
2277         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2278         if (bucket != NULL) {
2279                 ZONE_LOCK(zone);
2280                 critical_enter();
2281                 cpu = curcpu;
2282                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2283                 /*
2284                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2285                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2286                  * the memory directly.
2287                  */
2288                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2289                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2290                 else
2291                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2292                 ZONE_UNLOCK(zone);
2293                 goto zalloc_start;
2294         }
2295
2296         /*
2297          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2298          */
2299 #ifdef UMA_DEBUG
2300         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
2301 #endif
2302
2303 zalloc_item:
2304         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2305
2306         return (item);
2307 }
2308
2309 static uma_slab_t
2310 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2311 {
2312         uma_slab_t slab;
2313         int reserve;
2314
2315         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2316         slab = NULL;
2317         reserve = 0;
2318         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2319                 reserve = keg->uk_reserve;
2320
2321         for (;;) {
2322                 /*
2323                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2324                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2325                  * fragmentation.
2326                  */
2327                 if (keg->uk_free > reserve) {
2328                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2329                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2330                         } else {
2331                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2332                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2333                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2334                                     us_link);
2335                         }
2336                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2337                         return (slab);
2338                 }
2339
2340                 /*
2341                  * M_NOVM means don't ask at all!
2342                  */
2343                 if (flags & M_NOVM)
2344                         break;
2345
2346                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2347                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2348                         /*
2349                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2350                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2351                          */
2352                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2353                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2354                                 zone_log_warning(zone);
2355                                 zone_maxaction(zone);
2356                         }
2357                         if (flags & M_NOWAIT)
2358                                 break;
2359                         zone->uz_sleeps++;
2360                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2361                         continue;
2362                 }
2363                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2364                 /*
2365                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2366                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2367                  * at least one item.
2368                  */
2369                 if (slab) {
2370                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2371                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2372                         return (slab);
2373                 }
2374                 /*
2375                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2376                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2377                  * fail.
2378                  */
2379                 flags |= M_NOVM;
2380         }
2381         return (slab);
2382 }
2383
2384 static uma_slab_t
2385 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2386 {
2387         uma_slab_t slab;
2388
2389         if (keg == NULL) {
2390                 keg = zone_first_keg(zone);
2391                 KEG_LOCK(keg);
2392         }
2393
2394         for (;;) {
2395                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2396                 if (slab)
2397                         return (slab);
2398                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2399                         break;
2400         }
2401         KEG_UNLOCK(keg);
2402         return (NULL);
2403 }
2404
2405 /*
2406  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2407  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2408  *
2409  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2410  */
2411 static uma_slab_t
2412 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2413 {
2414         uma_klink_t klink;
2415         uma_slab_t slab;
2416         uma_keg_t keg;
2417         int flags;
2418         int empty;
2419         int full;
2420
2421         /*
2422          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2423          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2424          * without blocking.
2425          */
2426         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2427         /*
2428          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2429          * the search.
2430          */
2431         if (last != NULL) {
2432                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2433                 if (slab)
2434                         return (slab);
2435                 KEG_UNLOCK(last);
2436         }
2437         /*
2438          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2439          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2440          * required but we've done it for so long now.
2441          */
2442         for (;;) {
2443                 empty = 0;
2444                 full = 0;
2445                 /*
2446                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2447                  * correct lock while calling into the keg layer.
2448                  */
2449                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2450                         keg = klink->kl_keg;
2451                         KEG_LOCK(keg);
2452                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2453                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2454                                 if (slab)
2455                                         return (slab);
2456                         }
2457                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2458                                 full++;
2459                         else
2460                                 empty++;
2461                         KEG_UNLOCK(keg);
2462                 }
2463                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2464                         break;
2465                 flags = rflags;
2466                 /*
2467                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2468                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2469                  */
2470                 if (full && !empty) {
2471                         ZONE_LOCK(zone);
2472                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2473                         zone->uz_sleeps++;
2474                         zone_log_warning(zone);
2475                         zone_maxaction(zone);
2476                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2477                             "zonelimit", hz/100);
2478                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2479                         ZONE_UNLOCK(zone);
2480                         continue;
2481                 }
2482         }
2483         return (NULL);
2484 }
2485
2486 static void *
2487 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2488 {
2489         void *item;
2490         uint8_t freei;
2491
2492         MPASS(keg == slab->us_keg);
2493         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2494
2495         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2496         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2497         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2498         slab->us_freecount--;
2499         keg->uk_free--;
2500
2501         /* Move this slab to the full list */
2502         if (slab->us_freecount == 0) {
2503                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2504                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2505         }
2506
2507         return (item);
2508 }
2509
2510 static int
2511 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2512 {
2513         uma_slab_t slab;
2514         uma_keg_t keg;
2515         int i;
2516
2517         slab = NULL;
2518         keg = NULL;
2519         /* Try to keep the buckets totally full */
2520         for (i = 0; i < max; ) {
2521                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2522                         break;
2523                 keg = slab->us_keg;
2524                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2525                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2526                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2527                                 break;
2528                 }
2529                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2530                 flags &= ~M_WAITOK;
2531                 flags |= M_NOWAIT;
2532         }
2533         if (slab != NULL)
2534                 KEG_UNLOCK(keg);
2535
2536         return i;
2537 }
2538
2539 static uma_bucket_t
2540 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2541 {
2542         uma_bucket_t bucket;
2543         int max;
2544
2545         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2546         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2547         if (bucket == NULL)
2548                 return (NULL);
2549
2550         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2551         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2552             max, flags);
2553
2554         /*
2555          * Initialize the memory if necessary.
2556          */
2557         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2558                 int i;
2559
2560                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2561                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2562                             flags) != 0)
2563                                 break;
2564                 /*
2565                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2566                  * rest back onto the freelist.
2567                  */
2568                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2569                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2570                             bucket->ub_cnt - i);
2571 #ifdef INVARIANTS
2572                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2573                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2574 #endif
2575                         bucket->ub_cnt = i;
2576                 }
2577         }
2578
2579         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2580                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2581                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2582                 return (NULL);
2583         }
2584
2585         return (bucket);
2586 }
2587
2588 /*
2589  * Allocates a single item from a zone.
2590  *
2591  * Arguments
2592  *      zone   The zone to alloc for.
2593  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2594  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2595  *
2596  * Returns
2597  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2598  *      An item if successful
2599  */
2600
2601 static void *
2602 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2603 {
2604         void *item;
2605
2606         item = NULL;
2607
2608 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2609         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2610 #endif
2611         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2612                 goto fail;
2613         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2614
2615         /*
2616          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2617          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2618          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2619          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2620          */
2621         if (zone->uz_init != NULL) {
2622                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2623                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2624                         goto fail;
2625                 }
2626         }
2627         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2628                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2629                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2630                         goto fail;
2631                 }
2632         }
2633 #ifdef INVARIANTS
2634         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2635 #endif
2636         if (flags & M_ZERO)
2637                 uma_zero_item(item, zone);
2638
2639         return (item);
2640
2641 fail:
2642         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2643         return (NULL);
2644 }
2645
2646 /* See uma.h */
2647 void
2648 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2649 {
2650         uma_cache_t cache;
2651         uma_bucket_t bucket;
2652         int lockfail;
2653         int cpu;
2654
2655         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2656         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2657
2658 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2659         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2660 #endif
2661         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2662             zone->uz_name);
2663
2664         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2665             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
2666
2667         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2668         if (item == NULL)
2669                 return;
2670 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2671         if (is_memguard_addr(item)) {
2672                 if (zone->uz_dtor != NULL)
2673                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2674                 if (zone->uz_fini != NULL)
2675                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2676                 memguard_free(item);
2677                 return;
2678         }
2679 #endif
2680 #ifdef INVARIANTS
2681         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2682                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2683         else
2684                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2685 #endif
2686         if (zone->uz_dtor != NULL)
2687                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2688
2689         /*
2690          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2691          * a little longer for the limits to be reset.
2692          */
2693         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2694                 goto zfree_item;
2695
2696         /*
2697          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2698          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2699          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2700          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2701          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2702          * preemption and migration.  We release the critical section in
2703          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2704          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2705          * detect and handle migration if it has occurred.
2706          */
2707 zfree_restart:
2708         critical_enter();
2709         cpu = curcpu;
2710         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2711
2712 zfree_start:
2713         /*
2714          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2715          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2716          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2717          */
2718         bucket = cache->uc_allocbucket;
2719         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2720                 bucket = cache->uc_freebucket;
2721         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2722                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2723                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2724                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2725                 bucket->ub_cnt++;
2726                 cache->uc_frees++;
2727                 critical_exit();
2728                 return;
2729         }
2730
2731         /*
2732          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2733          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2734          * section.  Since the critical section is released, we may be
2735          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2736          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2737          * the critical section.
2738          */
2739         critical_exit();
2740         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2741                 goto zfree_item;
2742
2743         lockfail = 0;
2744         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2745                 /* Record contention to size the buckets. */
2746                 ZONE_LOCK(zone);
2747                 lockfail = 1;
2748         }
2749         critical_enter();
2750         cpu = curcpu;
2751         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2752
2753         /*
2754          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2755          */
2756         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2757         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2758         cache->uc_allocs = 0;
2759         cache->uc_frees = 0;
2760
2761         bucket = cache->uc_freebucket;
2762         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2763                 ZONE_UNLOCK(zone);
2764                 goto zfree_start;
2765         }
2766         cache->uc_freebucket = NULL;
2767         /* We are no longer associated with this CPU. */
2768         critical_exit();
2769
2770         /* Can we throw this on the zone full list? */
2771         if (bucket != NULL) {
2772 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2773                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2774 #endif
2775                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2776                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2777                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2778                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2779         }
2780
2781         /*
2782          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2783          * handle the working set.
2784          */
2785         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2786                 zone->uz_count++;
2787         ZONE_UNLOCK(zone);
2788
2789 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2790         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2791 #endif
2792         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2793         if (bucket) {
2794                 critical_enter();
2795                 cpu = curcpu;
2796                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2797                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2798                         cache->uc_freebucket = bucket;
2799                         goto zfree_start;
2800                 }
2801                 /*
2802                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2803                  * critical section to free the bucket.
2804                  */
2805                 critical_exit();
2806                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2807                 goto zfree_restart;
2808         }
2809
2810         /*
2811          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2812          */
2813 zfree_item:
2814         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2815
2816         return;
2817 }
2818
2819 static void
2820 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2821 {
2822         uint8_t freei;
2823
2824         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2825         MPASS(keg == slab->us_keg);
2826
2827         /* Do we need to remove from any lists? */
2828         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2829                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2830                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2831         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2832                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2833                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2834         }
2835
2836         /* Slab management. */
2837         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2838         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2839         slab->us_freecount++;
2840
2841         /* Keg statistics. */
2842         keg->uk_free++;
2843 }
2844
2845 static void
2846 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2847 {
2848         void *item;
2849         uma_slab_t slab;
2850         uma_keg_t keg;
2851         uint8_t *mem;
2852         int clearfull;
2853         int i;
2854
2855         clearfull = 0;
2856         keg = zone_first_keg(zone);
2857         KEG_LOCK(keg);
2858         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2859                 item = bucket[i];
2860                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2861                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2862                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2863                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2864                         } else {
2865                                 mem += keg->uk_pgoff;
2866                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2867                         }
2868                 } else {
2869                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2870                         if (slab->us_keg != keg) {
2871                                 KEG_UNLOCK(keg);
2872                                 keg = slab->us_keg;
2873                                 KEG_LOCK(keg);
2874                         }
2875                 }
2876                 slab_free_item(keg, slab, item);
2877                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2878                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2879                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2880                                 clearfull = 1;
2881                         }
2882
2883                         /* 
2884                          * We can handle one more allocation. Since we're
2885                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2886                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2887                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2888                          * threads etc).
2889                          */
2890                         wakeup(keg);
2891                 }
2892         }
2893         KEG_UNLOCK(keg);
2894         if (clearfull) {
2895                 ZONE_LOCK(zone);
2896                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2897                 wakeup(zone);
2898                 ZONE_UNLOCK(zone);
2899         }
2900
2901 }
2902
2903 /*
2904  * Frees a single item to any zone.
2905  *
2906  * Arguments:
2907  *      zone   The zone to free to
2908  *      item   The item we're freeing
2909  *      udata  User supplied data for the dtor
2910  *      skip   Skip dtors and finis
2911  */
2912 static void
2913 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2914 {
2915
2916 #ifdef INVARIANTS
2917         if (skip == SKIP_NONE) {
2918                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2919                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2920                 else
2921                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2922         }
2923 #endif
2924         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2925                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2926
2927         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2928                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2929
2930         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2931         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2932 }
2933
2934 /* See uma.h */
2935 int
2936 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2937 {
2938         uma_keg_t keg;
2939
2940         keg = zone_first_keg(zone);
2941         if (keg == NULL)
2942                 return (0);
2943         KEG_LOCK(keg);
2944         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2945         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2946                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2947         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2948         KEG_UNLOCK(keg);
2949
2950         return (nitems);
2951 }
2952
2953 /* See uma.h */
2954 int
2955 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2956 {
2957         int nitems;
2958         uma_keg_t keg;
2959
2960         keg = zone_first_keg(zone);
2961         if (keg == NULL)
2962                 return (0);
2963         KEG_LOCK(keg);
2964         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2965         KEG_UNLOCK(keg);
2966
2967         return (nitems);
2968 }
2969
2970 /* See uma.h */
2971 void
2972 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2973 {
2974
2975         ZONE_LOCK(zone);
2976         zone->uz_warning = warning;
2977         ZONE_UNLOCK(zone);
2978 }
2979
2980 /* See uma.h */
2981 void
2982 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
2983 {
2984
2985         ZONE_LOCK(zone);
2986         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
2987         ZONE_UNLOCK(zone);
2988 }
2989
2990 /* See uma.h */
2991 int
2992 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2993 {
2994         int64_t nitems;
2995         u_int i;
2996
2997         ZONE_LOCK(zone);
2998         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2999         CPU_FOREACH(i) {
3000                 /*
3001                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3002                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3003                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3004                  */
3005                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3006                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3007         }
3008         ZONE_UNLOCK(zone);
3009
3010         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3011 }
3012
3013 /* See uma.h */
3014 void
3015 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3016 {
3017         uma_keg_t keg;
3018
3019         keg = zone_first_keg(zone);
3020         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3021         KEG_LOCK(keg);
3022         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3023             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3024         keg->uk_init = uminit;
3025         KEG_UNLOCK(keg);
3026 }
3027
3028 /* See uma.h */
3029 void
3030 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3031 {
3032         uma_keg_t keg;
3033
3034         keg = zone_first_keg(zone);
3035         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3036         KEG_LOCK(keg);
3037         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3038             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3039         keg->uk_fini = fini;
3040         KEG_UNLOCK(keg);
3041 }
3042
3043 /* See uma.h */
3044 void
3045 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3046 {
3047
3048         ZONE_LOCK(zone);
3049         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3050             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3051         zone->uz_init = zinit;
3052         ZONE_UNLOCK(zone);
3053 }
3054
3055 /* See uma.h */
3056 void
3057 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3058 {
3059
3060         ZONE_LOCK(zone);
3061         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3062             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3063         zone->uz_fini = zfini;
3064         ZONE_UNLOCK(zone);
3065 }
3066
3067 /* See uma.h */
3068 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3069 void
3070 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3071 {
3072         uma_keg_t keg;
3073
3074         keg = zone_first_keg(zone);
3075         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3076         KEG_LOCK(keg);
3077         keg->uk_freef = freef;
3078         KEG_UNLOCK(keg);
3079 }
3080
3081 /* See uma.h */
3082 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3083 void
3084 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3085 {
3086         uma_keg_t keg;
3087
3088         keg = zone_first_keg(zone);
3089         KEG_LOCK(keg);
3090         keg->uk_allocf = allocf;
3091         KEG_UNLOCK(keg);
3092 }
3093
3094 /* See uma.h */
3095 void
3096 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3097 {
3098         uma_keg_t keg;
3099
3100         keg = zone_first_keg(zone);
3101         if (keg == NULL)
3102                 return;
3103         KEG_LOCK(keg);
3104         keg->uk_reserve = items;
3105         KEG_UNLOCK(keg);
3106
3107         return;
3108 }
3109
3110 /* See uma.h */
3111 int
3112 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3113 {
3114         uma_keg_t keg;
3115         vm_offset_t kva;
3116         u_int pages;
3117
3118         keg = zone_first_keg(zone);
3119         if (keg == NULL)
3120                 return (0);
3121         pages = count / keg->uk_ipers;
3122
3123         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3124                 pages++;
3125         pages *= keg->uk_ppera;
3126
3127 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3128         if (keg->uk_ppera > 1) {
3129 #else
3130         if (1) {
3131 #endif
3132                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3133                 if (kva == 0)
3134                         return (0);
3135         } else
3136                 kva = 0;
3137         KEG_LOCK(keg);
3138         keg->uk_kva = kva;
3139         keg->uk_offset = 0;
3140         keg->uk_maxpages = pages;
3141 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3142         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3143 #else
3144         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3145 #endif
3146         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3147         KEG_UNLOCK(keg);
3148
3149         return (1);
3150 }
3151
3152 /* See uma.h */
3153 void
3154 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3155 {
3156         int slabs;
3157         uma_slab_t slab;
3158         uma_keg_t keg;
3159
3160         keg = zone_first_keg(zone);
3161         if (keg == NULL)
3162                 return;
3163         KEG_LOCK(keg);
3164         slabs = items / keg->uk_ipers;
3165         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3166                 slabs++;
3167         while (slabs > 0) {
3168                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3169                 if (slab == NULL)
3170                         break;
3171                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3172                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3173                 slabs--;
3174         }
3175         KEG_UNLOCK(keg);
3176 }
3177
3178 /* See uma.h */
3179 static void
3180 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3181 {
3182
3183 #ifdef UMA_DEBUG
3184         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
3185 #endif
3186         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3187         bucket_enable();
3188         zone_foreach(zone_drain);
3189         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3190                 cache_drain_safe(NULL);
3191                 zone_foreach(zone_drain);
3192         }
3193         /*
3194          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3195          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3196          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3197          */
3198         zone_drain(slabzone);
3199         bucket_zone_drain();
3200 }
3201
3202 void
3203 uma_reclaim(void)
3204 {
3205
3206         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3207         uma_reclaim_locked(false);
3208         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3209 }
3210
3211 static int uma_reclaim_needed;
3212
3213 void
3214 uma_reclaim_wakeup(void)
3215 {
3216
3217         uma_reclaim_needed = 1;
3218         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3219 }
3220
3221 void
3222 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3223 {
3224
3225         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3226         for (;;) {
3227                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3228                     "umarcl", 0);
3229                 if (uma_reclaim_needed) {
3230                         uma_reclaim_needed = 0;
3231                         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3232                         EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3233                         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3234                         uma_reclaim_locked(true);
3235                 }
3236         }
3237 }
3238
3239 /* See uma.h */
3240 int
3241 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3242 {
3243         int full;
3244
3245         ZONE_LOCK(zone);
3246         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3247         ZONE_UNLOCK(zone);
3248         return (full);  
3249 }
3250
3251 int
3252 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3253 {
3254         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3255 }
3256
3257 void *
3258 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3259 {
3260         void *mem;
3261         uma_slab_t slab;
3262         uint8_t flags;
3263
3264         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3265         if (slab == NULL)
3266                 return (NULL);
3267         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3268         if (mem) {
3269                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3270                 slab->us_data = mem;
3271                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3272                 slab->us_size = size;
3273         } else {
3274                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3275         }
3276
3277         return (mem);
3278 }
3279
3280 void
3281 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3282 {
3283
3284         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3285         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3286 }
3287
3288 static void
3289 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3290 {
3291         int i;
3292
3293         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3294                 CPU_FOREACH(i)
3295                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3296         } else
3297                 bzero(item, zone->uz_size);
3298 }
3299
3300 void
3301 uma_print_stats(void)
3302 {
3303         zone_foreach(uma_print_zone);
3304 }
3305
3306 static void
3307 slab_print(uma_slab_t slab)
3308 {
3309         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3310                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3311 }
3312
3313 static void
3314 cache_print(uma_cache_t cache)
3315 {
3316         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3317                 cache->uc_allocbucket,
3318                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3319                 cache->uc_freebucket,
3320                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3321 }
3322
3323 static void
3324 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3325 {
3326         uma_slab_t slab;
3327
3328         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3329             "out %d free %d limit %d\n",
3330             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3331             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3332             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3333             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3334         printf("Part slabs:\n");
3335         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3336                 slab_print(slab);
3337         printf("Free slabs:\n");
3338         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3339                 slab_print(slab);
3340         printf("Full slabs:\n");
3341         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3342                 slab_print(slab);
3343 }
3344
3345 void
3346 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3347 {
3348         uma_cache_t cache;
3349         uma_klink_t kl;
3350         int i;
3351
3352         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3353             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3354         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3355                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3356         CPU_FOREACH(i) {
3357                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3358                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3359                 cache_print(cache);
3360         }
3361 }
3362
3363 #ifdef DDB
3364 /*
3365  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3366  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3367  *
3368  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3369  * per-CPU cache statistic.
3370  *
3371  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3372  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3373  * directly so that we don't have to.
3374  */
3375 static void
3376 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3377     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3378 {
3379         uma_cache_t cache;
3380         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3381         int cachefree, cpu;
3382
3383         allocs = frees = sleeps = 0;
3384         cachefree = 0;
3385         CPU_FOREACH(cpu) {
3386                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3387                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3388                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3389                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3390                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3391                 allocs += cache->uc_allocs;
3392                 frees += cache->uc_frees;
3393         }
3394         allocs += z->uz_allocs;
3395         frees += z->uz_frees;
3396         sleeps += z->uz_sleeps;
3397         if (cachefreep != NULL)
3398                 *cachefreep = cachefree;
3399         if (allocsp != NULL)
3400                 *allocsp = allocs;
3401         if (freesp != NULL)
3402                 *freesp = frees;
3403         if (sleepsp != NULL)
3404                 *sleepsp = sleeps;
3405 }
3406 #endif /* DDB */
3407
3408 static int
3409 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3410 {
3411         uma_keg_t kz;
3412         uma_zone_t z;
3413         int count;
3414
3415         count = 0;
3416         rw_rlock(&uma_rwlock);
3417         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3418                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3419                         count++;
3420         }
3421         rw_runlock(&uma_rwlock);
3422         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3423 }
3424
3425 static int
3426 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3427 {
3428         struct uma_stream_header ush;
3429         struct uma_type_header uth;
3430         struct uma_percpu_stat *ups;
3431         uma_bucket_t bucket;
3432         struct sbuf sbuf;
3433         uma_cache_t cache;
3434         uma_klink_t kl;
3435         uma_keg_t kz;
3436         uma_zone_t z;
3437         uma_keg_t k;
3438         int count, error, i;
3439
3440         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3441         if (error != 0)
3442                 return (error);
3443         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3444         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3445         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
3446
3447         count = 0;
3448         rw_rlock(&uma_rwlock);
3449         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3450                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3451                         count++;
3452         }
3453
3454         /*
3455          * Insert stream header.
3456          */
3457         bzero(&ush, sizeof(ush));
3458         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3459         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3460         ush.ush_count = count;
3461         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3462
3463         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3464                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3465                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3466                         ZONE_LOCK(z);
3467                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3468                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3469                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3470                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3471                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3472                                 k = kl->kl_keg;
3473                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3474                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3475                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3476                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3477                                     * k->uk_ipers;
3478                         }
3479
3480                         /*
3481                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3482                          * on the keg's zone list.
3483                          */
3484                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3485                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3486                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3487
3488                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3489                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3490                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3491                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3492                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3493                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3494                         /*
3495                          * While it is not normally safe to access the cache
3496                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3497                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3498                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3499                          * accept the possible race associated with bucket
3500                          * exchange during monitoring.
3501                          */
3502                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
3503                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
3504                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
3505                                     CPU_ABSENT(i))
3506                                         continue;
3507                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3508                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3509                                         ups[i].ups_cache_free +=
3510                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3511                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3512                                         ups[i].ups_cache_free +=
3513                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3514                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
3515                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
3516                         }
3517                         ZONE_UNLOCK(z);
3518                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3519                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
3520                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
3521                 }
3522         }
3523         rw_runlock(&uma_rwlock);
3524         error = sbuf_finish(&sbuf);
3525         sbuf_delete(&sbuf);
3526         free(ups, M_TEMP);
3527         return (error);
3528 }
3529
3530 int
3531 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3532 {
3533         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3534         int error, max;
3535
3536         max = uma_zone_get_max(zone);
3537         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3538         if (error || !req->newptr)
3539                 return (error);
3540
3541         uma_zone_set_max(zone, max);
3542
3543         return (0);
3544 }
3545
3546 int
3547 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3548 {
3549         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3550         int cur;
3551
3552         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3553         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3554 }
3555
3556 #ifdef INVARIANTS
3557 static uma_slab_t
3558 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
3559 {
3560         uma_slab_t slab;
3561         uma_keg_t keg;
3562         uint8_t *mem;
3563
3564         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3565         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
3566                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
3567         } else {
3568                 /*
3569                  * It is safe to return the slab here even though the
3570                  * zone is unlocked because the item's allocation state
3571                  * essentially holds a reference.
3572                  */
3573                 ZONE_LOCK(zone);
3574                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
3575                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
3576                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3577                 else
3578                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
3579                 ZONE_UNLOCK(zone);
3580         }
3581
3582         return (slab);
3583 }
3584
3585 /*
3586  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
3587  *
3588  */
3589 static void
3590 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3591 {
3592         uma_keg_t keg;
3593         int freei;
3594
3595         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3596                 return;
3597         if (slab == NULL) {
3598                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3599                 if (slab == NULL) 
3600                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
3601                             item, zone->uz_name);
3602         }
3603         keg = slab->us_keg;
3604         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3605
3606         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3607                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3608                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3609         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3610
3611         return;
3612 }
3613
3614 /*
3615  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
3616  * and duplicate frees.
3617  *
3618  */
3619 static void
3620 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3621 {
3622         uma_keg_t keg;
3623         int freei;
3624
3625         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3626                 return;
3627         if (slab == NULL) {
3628                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3629                 if (slab == NULL) 
3630                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
3631                             item, zone->uz_name);
3632         }
3633         keg = slab->us_keg;
3634         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3635
3636         if (freei >= keg->uk_ipers)
3637                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3638                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3639
3640         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item) 
3641                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3642                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3643
3644         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3645                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3646                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3647
3648         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3649 }
3650 #endif /* INVARIANTS */
3651
3652 #ifdef DDB
3653 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3654 {
3655         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3656         uma_bucket_t bucket;
3657         uma_keg_t kz;
3658         uma_zone_t z;
3659         int cachefree;
3660
3661         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3662             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3663         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3664                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3665                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3666                                 allocs = z->uz_allocs;
3667                                 frees = z->uz_frees;
3668                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3669                                 cachefree = 0;
3670                         } else
3671                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3672                                     &frees, &sleeps);
3673                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3674                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3675                                 cachefree += kz->uk_free;
3676                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3677                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3678                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3679                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3680                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3681                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3682                         if (db_pager_quit)
3683                                 return;
3684                 }
3685         }
3686 }
3687
3688 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3689 {
3690         uint64_t allocs, frees;
3691         uma_bucket_t bucket;
3692         uma_zone_t z;
3693         int cachefree;
3694
3695         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3696             "Requests", "Bucket");
3697         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3698                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3699                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3700                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3701                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3702                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3703                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3704                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3705                 if (db_pager_quit)
3706                         return;
3707         }
3708 }
3709 #endif  /* DDB */