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