sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/smp.h>
  79 #include <sys/taskqueue.h>
  80 #include <sys/vmmeter.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_domainset.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_phys.h>
  89 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_extern.h>
  93 #include <vm/uma.h>
  94 #include <vm/uma_int.h>
  95 #include <vm/uma_dbg.h>
  96
  97 #include <ddb/ddb.h>
  98
  99 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 100 #include <vm/memguard.h>
 101 #endif
 102
 103 /*
 104  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 105  */
 106 static uma_zone_t kegs;
 107 static uma_zone_t zones;
 108
 109 /* This is the zone from which all offpage uma_slab_ts are allocated. */
 110 static uma_zone_t slabzone;
 111
 112 /*
 113  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 114  * prior to malloc coming up.
 115  */
 116 static uma_zone_t hashzone;
 117
 118 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 119 int uma_align_cache = 64 - 1;
 120
 121 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 122
 123 /*
 124  * Are we allowed to allocate buckets?
 125  */
 126 static int bucketdisable = 1;
 127
 128 /* Linked list of all kegs in the system */
 129 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 130
 131 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 132 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 133     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 134
 135 /* This RW lock protects the keg list */
 136 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 137
 138 /*
 139  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
 140  * startup to bootstrap UMA.
 141  */
 142 static char *bootmem;
 143 static int boot_pages;
 144
 145 static struct sx uma_drain_lock;
 146
 147 /*
 148  * kmem soft limit, initialized by uma_set_limit().  Ensure that early
 149  * allocations don't trigger a wakeup of the reclaim thread.
 150  */
 151 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 152 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_limit, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_limit, 0,
 153     "UMA kernel memory soft limit");
 154 static unsigned long uma_kmem_total;
 155 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_total, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_total, 0,
 156     "UMA kernel memory usage");
 157
 158 /* Is the VM done starting up? */
 159 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 160     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 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 #define BUCKET_MIN      BUCKET_SIZE(4)
 213
 214 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 215         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 216         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 217         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 218         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 219         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 220         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 221         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 222         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 223         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 224         { NULL, NULL, 0}
 225 };
 226
 227 /*
 228  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 229  */
 230 enum zfreeskip {
 231         SKIP_NONE =     0,
 232         SKIP_CNT =      0x00000001,
 233         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 234         SKIP_FINI =     0x00020000,
 235 };
 236
 237 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 238
 239 /* Prototypes.. */
 240
 241 int     uma_startup_count(int);
 242 void    uma_startup(void *, int);
 243 void    uma_startup1(void);
 244 void    uma_startup2(void);
 245
 246 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 247 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 248 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 249 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 250 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 251 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 252 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 253 static void cache_drain(uma_zone_t);
 254 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 255 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 256 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 257 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 258 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 259 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 260 static int zero_init(void *, int, int);
 261 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 262 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 263 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 264 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 265 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
 266 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 267 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 268 static void uma_timeout(void *);
 269 static void uma_startup3(void);
 270 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 271 static void *zone_alloc_item_locked(uma_zone_t, void *, int, int);
 272 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 273 static void bucket_enable(void);
 274 static void bucket_init(void);
 275 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 276 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 277 static void bucket_zone_drain(void);
 278 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int, int);
 279 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 280 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 281 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 282 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 283     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 284 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 285 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 286 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 287
 288 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 289 void uma_print_stats(void);
 290 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 291 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 292
 293 #ifdef INVARIANTS
 294 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 295 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 296 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 297 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 298
 299 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 300     "Memory allocation debugging");
 301
 302 static u_int dbg_divisor = 1;
 303 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 304     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 305     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 306
 307 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 308 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 309 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 310     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 311 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 312     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 313 #endif
 314
 315 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 316
 317 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 318     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 319
 320 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 321     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 322
 323 static int zone_warnings = 1;
 324 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 325     "Warn when UMA zones becomes full");
 326
 327 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 328 static inline void
 329 uma_total_dec(unsigned long size)
 330 {
 331
 332         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 333 }
 334
 335 static inline void
 336 uma_total_inc(unsigned long size)
 337 {
 338
 339         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 340                 uma_reclaim_wakeup();
 341 }
 342
 343 /*
 344  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 345  */
 346 static void
 347 bucket_enable(void)
 348 {
 349         bucketdisable = vm_page_count_min();
 350 }
 351
 352 /*
 353  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 354  *
 355  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 356  * of the header and an array of pointers.
 357  */
 358 static void
 359 bucket_init(void)
 360 {
 361         struct uma_bucket_zone *ubz;
 362         int size;
 363
 364         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 365                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 366                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 367                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 368                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 369                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 370         }
 371 }
 372
 373 /*
 374  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 375  * to allocate the bucket.
 376  */
 377 static struct uma_bucket_zone *
 378 bucket_zone_lookup(int entries)
 379 {
 380         struct uma_bucket_zone *ubz;
 381
 382         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 383                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 384                         return (ubz);
 385         ubz--;
 386         return (ubz);
 387 }
 388
 389 static int
 390 bucket_select(int size)
 391 {
 392         struct uma_bucket_zone *ubz;
 393
 394         ubz = &bucket_zones[0];
 395         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 396                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 397
 398         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 399                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 400                         break;
 401         ubz--;
 402         return (ubz->ubz_entries);
 403 }
 404
 405 static uma_bucket_t
 406 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 407 {
 408         struct uma_bucket_zone *ubz;
 409         uma_bucket_t bucket;
 410
 411         /*
 412          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 413          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 414          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 415          * low memory situations.
 416          */
 417         if (bucketdisable)
 418                 return (NULL);
 419         /*
 420          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 421          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 422          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 423          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 424          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 425          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 426          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 427          * free path.
 428          */
 429         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 430                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 431         else {
 432                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 433                         return (NULL);
 434                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 435         }
 436         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 437                 flags |= M_NOVM;
 438         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 439         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 440                 ubz++;
 441         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 442         if (bucket) {
 443 #ifdef INVARIANTS
 444                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 445 #endif
 446                 bucket->ub_cnt = 0;
 447                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 448         }
 449
 450         return (bucket);
 451 }
 452
 453 static void
 454 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 455 {
 456         struct uma_bucket_zone *ubz;
 457
 458         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 459             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 460         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 461                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 462         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 463         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 464 }
 465
 466 static void
 467 bucket_zone_drain(void)
 468 {
 469         struct uma_bucket_zone *ubz;
 470
 471         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 472                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 473 }
 474
 475 static uma_bucket_t
 476 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
 477 {
 478         uma_bucket_t bucket;
 479
 480         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 481
 482         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 483                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
 484                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 485                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 486                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 487                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 488                 zone->uz_bkt_count -= bucket->ub_cnt;
 489         }
 490         return (bucket);
 491 }
 492
 493 static void
 494 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, uma_bucket_t bucket,
 495     const bool ws)
 496 {
 497
 498         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 499         KASSERT(zone->uz_bkt_count < zone->uz_bkt_max, ("%s: zone %p overflow",
 500             __func__, zone));
 501
 502         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 503         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 504         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
 505                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
 506         zone->uz_bkt_count += bucket->ub_cnt;
 507 }
 508
 509 static void
 510 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 511 {
 512         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 513
 514         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 515                 return;
 516
 517         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 518                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 519 }
 520
 521 static inline void
 522 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 523 {
 524
 525         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 526                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 527 }
 528
 529 /*
 530  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 531  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 532  *
 533  * Arguments:
 534  *      arg   Unused
 535  *
 536  * Returns:
 537  *      Nothing
 538  */
 539 static void
 540 uma_timeout(void *unused)
 541 {
 542         bucket_enable();
 543         zone_foreach(zone_timeout);
 544
 545         /* Reschedule this event */
 546         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 547 }
 548
 549 /*
 550  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 551  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 552  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 553  * last 100s.
 554  */
 555 static void
 556 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 557 {
 558         long wss;
 559
 560         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 561         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 562         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 563         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
 564 }
 565
 566 /*
 567  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 568  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 569  *
 570  *  Returns nothing.
 571  */
 572 static void
 573 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 574 {
 575         uma_keg_t keg = zone->uz_keg;
 576         u_int slabs;
 577
 578         KEG_LOCK(keg);
 579         /*
 580          * Expand the keg hash table.
 581          *
 582          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 583          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 584          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 585          */
 586         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 587             (slabs = keg->uk_pages / keg->uk_ppera) >
 588              keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 589                 struct uma_hash newhash;
 590                 struct uma_hash oldhash;
 591                 int ret;
 592
 593                 /*
 594                  * This is so involved because allocating and freeing
 595                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 596                  * I have to do everything in stages and check for
 597                  * races.
 598                  */
 599                 KEG_UNLOCK(keg);
 600                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
 601                 KEG_LOCK(keg);
 602                 if (ret) {
 603                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 604                                 oldhash = keg->uk_hash;
 605                                 keg->uk_hash = newhash;
 606                         } else
 607                                 oldhash = newhash;
 608
 609                         KEG_UNLOCK(keg);
 610                         hash_free(&oldhash);
 611                         return;
 612                 }
 613         }
 614
 615         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 616                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
 617
 618         KEG_UNLOCK(keg);
 619 }
 620
 621 /*
 622  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 623  * backing store.
 624  *
 625  * Arguments:
 626  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 627  *
 628  * Returns:
 629  *      1 on success and 0 on failure.
 630  */
 631 static int
 632 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
 633 {
 634         size_t alloc;
 635
 636         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
 637         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
 638                 hash->uh_hashsize = size;
 639                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 640                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 641                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 642         } else {
 643                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 644                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 645                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 646                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 647         }
 648         if (hash->uh_slab_hash) {
 649                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 650                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 651                 return (1);
 652         }
 653
 654         return (0);
 655 }
 656
 657 /*
 658  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 659  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 660  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 661  *
 662  * Arguments:
 663  *      oldhash  The hash you want to expand
 664  *      newhash  The hash structure for the new table
 665  *
 666  * Returns:
 667  *      Nothing
 668  *
 669  * Discussion:
 670  */
 671 static int
 672 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 673 {
 674         uma_slab_t slab;
 675         u_int hval;
 676         u_int idx;
 677
 678         if (!newhash->uh_slab_hash)
 679                 return (0);
 680
 681         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 682                 return (0);
 683
 684         /*
 685          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 686          * full rehash.
 687          */
 688
 689         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
 690                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
 691                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
 692                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[idx], us_hlink);
 693                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 694                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 695                             slab, us_hlink);
 696                 }
 697
 698         return (1);
 699 }
 700
 701 /*
 702  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 703  *
 704  * Arguments:
 705  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 706  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 707  *
 708  * Returns:
 709  *      Nothing
 710  */
 711 static void
 712 hash_free(struct uma_hash *hash)
 713 {
 714         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 715                 return;
 716         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 717                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 718         else
 719                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 720 }
 721
 722 /*
 723  * Frees all outstanding items in a bucket
 724  *
 725  * Arguments:
 726  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 727  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 728  *
 729  * Returns:
 730  *      Nothing
 731  */
 732
 733 static void
 734 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 735 {
 736         int i;
 737
 738         if (bucket == NULL)
 739                 return;
 740
 741         if (zone->uz_fini)
 742                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 743                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 744         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 745         if (zone->uz_max_items > 0) {
 746                 ZONE_LOCK(zone);
 747                 zone->uz_items -= bucket->ub_cnt;
 748                 if (zone->uz_sleepers && zone->uz_items < zone->uz_max_items)
 749                         wakeup_one(zone);
 750                 ZONE_UNLOCK(zone);
 751         }
 752         bucket->ub_cnt = 0;
 753 }
 754
 755 /*
 756  * Drains the per cpu caches for a zone.
 757  *
 758  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 759  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 760  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 761  *
 762  * Arguments:
 763  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 764  *
 765  * Returns:
 766  *      Nothing
 767  */
 768 static void
 769 cache_drain(uma_zone_t zone)
 770 {
 771         uma_cache_t cache;
 772         int cpu;
 773
 774         /*
 775          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 776          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 777          * of the caches at this point.
 778          *
 779          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 780          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 781          *
 782          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 783          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 784          * there in some form?
 785          */
 786         CPU_FOREACH(cpu) {
 787                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 788                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 789                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 790                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 791                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 792                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 793                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 794                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 795                 cache->uc_freebucket = NULL;
 796                 bucket_drain(zone, cache->uc_crossbucket);
 797                 if (cache->uc_crossbucket != NULL)
 798                         bucket_free(zone, cache->uc_crossbucket, NULL);
 799                 cache->uc_crossbucket = NULL;
 800         }
 801         ZONE_LOCK(zone);
 802         bucket_cache_drain(zone);
 803         ZONE_UNLOCK(zone);
 804 }
 805
 806 static void
 807 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 808 {
 809
 810         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 811                 return;
 812
 813         ZONE_LOCK(zone);
 814         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 815         ZONE_UNLOCK(zone);
 816 }
 817
 818 static void
 819 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 820 {
 821         uma_cache_t cache;
 822         uma_bucket_t b1, b2, b3;
 823         int domain;
 824
 825         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 826                 return;
 827
 828         b1 = b2 = b3 = NULL;
 829         ZONE_LOCK(zone);
 830         critical_enter();
 831         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 832                 domain = PCPU_GET(domain);
 833         else
 834                 domain = 0;
 835         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 836         if (cache->uc_allocbucket) {
 837                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 838                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 839                             cache->uc_allocbucket, false);
 840                 else
 841                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 842                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 843         }
 844         if (cache->uc_freebucket) {
 845                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 846                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 847                             cache->uc_freebucket, false);
 848                 else
 849                         b2 = cache->uc_freebucket;
 850                 cache->uc_freebucket = NULL;
 851         }
 852         b3 = cache->uc_crossbucket;
 853         cache->uc_crossbucket = NULL;
 854         critical_exit();
 855         ZONE_UNLOCK(zone);
 856         if (b1)
 857                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 858         if (b2)
 859                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 860         if (b3) {
 861                 bucket_drain(zone, b3);
 862                 bucket_free(zone, b3, NULL);
 863         }
 864 }
 865
 866 /*
 867  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 868  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 869  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 870  * to safely access their cache buckets.
 871  * Zone lock must not be held on call this function.
 872  */
 873 static void
 874 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 875 {
 876         int cpu;
 877
 878         /*
 879          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 880          */
 881         if (zone)
 882                 cache_shrink(zone);
 883         else
 884                 zone_foreach(cache_shrink);
 885
 886         CPU_FOREACH(cpu) {
 887                 thread_lock(curthread);
 888                 sched_bind(curthread, cpu);
 889                 thread_unlock(curthread);
 890
 891                 if (zone)
 892                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 893                 else
 894                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 895         }
 896         thread_lock(curthread);
 897         sched_unbind(curthread);
 898         thread_unlock(curthread);
 899 }
 900
 901 /*
 902  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 903  */
 904 static void
 905 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 906 {
 907         uma_zone_domain_t zdom;
 908         uma_bucket_t bucket;
 909         int i;
 910
 911         /*
 912          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 913          */
 914         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 915                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 916                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
 917                     NULL) {
 918                         ZONE_UNLOCK(zone);
 919                         bucket_drain(zone, bucket);
 920                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 921                         ZONE_LOCK(zone);
 922                 }
 923         }
 924
 925         /*
 926          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 927          * is probably lower then price of global cache drain.
 928          */
 929         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 930                 zone->uz_count--;
 931 }
 932
 933 static void
 934 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 935 {
 936         uint8_t *mem;
 937         int i;
 938         uint8_t flags;
 939
 940         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 941             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 942
 943         mem = slab->us_data;
 944         flags = slab->us_flags;
 945         i = start;
 946         if (keg->uk_fini != NULL) {
 947                 for (i--; i > -1; i--)
 948 #ifdef INVARIANTS
 949                 /*
 950                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 951                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 952                  * which executed trash_dtor.
 953                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 954                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 955                  * invocations.
 956                  */
 957                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 958                     keg->uk_fini != trash_fini)
 959 #endif
 960                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 961                             keg->uk_size);
 962         }
 963         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 964                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 965         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 966         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 967 }
 968
 969 /*
 970  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 971  * the pageout daemon.
 972  *
 973  * Returns nothing.
 974  */
 975 static void
 976 keg_drain(uma_keg_t keg)
 977 {
 978         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 979         uma_domain_t dom;
 980         uma_slab_t slab, tmp;
 981         int i;
 982
 983         /*
 984          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 985          * time
 986          */
 987         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 988                 return;
 989
 990         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 991             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 992         KEG_LOCK(keg);
 993         if (keg->uk_free == 0)
 994                 goto finished;
 995
 996         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 997                 dom = &keg->uk_domain[i];
 998                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 999                         /* We have nowhere to free these to. */
1000                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
1001                                 continue;
1002
1003                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
1004                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
1005                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
1006
1007                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1008                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
1009                                     slab->us_data);
1010
1011                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
1012                 }
1013         }
1014
1015 finished:
1016         KEG_UNLOCK(keg);
1017
1018         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1019                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1020                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1021         }
1022 }
1023
1024 static void
1025 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1026 {
1027
1028         /*
1029          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1030          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1031          * is the only call that knows the structure will still be available
1032          * when it wakes up.
1033          */
1034         ZONE_LOCK(zone);
1035         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1036                 if (waitok == M_NOWAIT)
1037                         goto out;
1038                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1039         }
1040         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1041         bucket_cache_drain(zone);
1042         ZONE_UNLOCK(zone);
1043         /*
1044          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1045          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1046          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1047          */
1048         keg_drain(zone->uz_keg);
1049         ZONE_LOCK(zone);
1050         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1051         wakeup(zone);
1052 out:
1053         ZONE_UNLOCK(zone);
1054 }
1055
1056 void
1057 zone_drain(uma_zone_t zone)
1058 {
1059
1060         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1061 }
1062
1063 /*
1064  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1065  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1066  * otherwise the keg will be left unlocked.
1067  *
1068  * Arguments:
1069  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1070  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1071  *
1072  * Returns:
1073  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1074  *      caller specified M_NOWAIT.
1075  */
1076 static uma_slab_t
1077 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1078     int aflags)
1079 {
1080         uma_alloc allocf;
1081         uma_slab_t slab;
1082         unsigned long size;
1083         uint8_t *mem;
1084         uint8_t sflags;
1085         int i;
1086
1087         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1088             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1089         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
1090         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
1091
1092         allocf = keg->uk_allocf;
1093         KEG_UNLOCK(keg);
1094
1095         slab = NULL;
1096         mem = NULL;
1097         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1098                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, aflags);
1099                 if (slab == NULL)
1100                         goto out;
1101         }
1102
1103         /*
1104          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1105          * first time they are added to a zone.
1106          *
1107          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1108          */
1109
1110         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1111                 aflags |= M_ZERO;
1112         else
1113                 aflags &= ~M_ZERO;
1114
1115         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1116                 aflags |= M_NODUMP;
1117
1118         /* zone is passed for legacy reasons. */
1119         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1120         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1121         if (mem == NULL) {
1122                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1123                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1124                 slab = NULL;
1125                 goto out;
1126         }
1127         uma_total_inc(size);
1128
1129         /* Point the slab into the allocated memory */
1130         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1131                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1132
1133         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1134                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1135                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1136
1137         slab->us_keg = keg;
1138         slab->us_data = mem;
1139         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1140         slab->us_flags = sflags;
1141         slab->us_domain = domain;
1142         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1143 #ifdef INVARIANTS
1144         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1145 #endif
1146
1147         if (keg->uk_init != NULL) {
1148                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1149                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1150                             keg->uk_size, flags) != 0)
1151                                 break;
1152                 if (i != keg->uk_ipers) {
1153                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1154                         slab = NULL;
1155                         goto out;
1156                 }
1157         }
1158         KEG_LOCK(keg);
1159
1160         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1161             slab, keg->uk_name, keg);
1162
1163         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1164                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1165
1166         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1167         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1168
1169 out:
1170         return (slab);
1171 }
1172
1173 /*
1174  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1175  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1176  * the VM is ready.
1177  */
1178 static void *
1179 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1180     int wait)
1181 {
1182         uma_keg_t keg;
1183         void *mem;
1184         int pages;
1185
1186         keg = zone->uz_keg;
1187         /*
1188          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1189          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1190          */
1191         switch (booted) {
1192                 case BOOT_COLD:
1193                 case BOOT_STRAPPED:
1194                         break;
1195                 case BOOT_PAGEALLOC:
1196                         if (keg->uk_ppera > 1)
1197                                 break;
1198                 case BOOT_BUCKETS:
1199                 case BOOT_RUNNING:
1200 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1201                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1202                             page_alloc : uma_small_alloc;
1203 #else
1204                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1205 #endif
1206                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1207         }
1208
1209         /*
1210          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1211          */
1212         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1213         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1214         if (pages > boot_pages)
1215                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1216 #ifdef DIAGNOSTIC
1217         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1218             boot_pages);
1219 #endif
1220         mem = bootmem;
1221         boot_pages -= pages;
1222         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1223         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1224
1225         return (mem);
1226 }
1227
1228 /*
1229  * Allocates a number of pages from the system
1230  *
1231  * Arguments:
1232  *      bytes  The number of bytes requested
1233  *      wait  Shall we wait?
1234  *
1235  * Returns:
1236  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1237  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1238  */
1239 static void *
1240 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1241     int wait)
1242 {
1243         void *p;        /* Returned page */
1244
1245         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1246         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1247
1248         return (p);
1249 }
1250
1251 static void *
1252 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1253     int wait)
1254 {
1255         struct pglist alloctail;
1256         vm_offset_t addr, zkva;
1257         int cpu, flags;
1258         vm_page_t p, p_next;
1259 #ifdef NUMA
1260         struct pcpu *pc;
1261 #endif
1262
1263         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1264
1265         TAILQ_INIT(&alloctail);
1266         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1267             malloc2vm_flags(wait);
1268         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1269         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1270                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1271                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1272                 } else {
1273 #ifndef NUMA
1274                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1275 #else
1276                         pc = pcpu_find(cpu);
1277                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1278                         if (__predict_false(p == NULL))
1279                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1280 #endif
1281                 }
1282                 if (__predict_false(p == NULL))
1283                         goto fail;
1284                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1285         }
1286         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1287                 goto fail;
1288         zkva = addr;
1289         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1290                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1291                 zkva += PAGE_SIZE;
1292         }
1293         return ((void*)addr);
1294 fail:
1295         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1296                 vm_page_unwire_noq(p);
1297                 vm_page_free(p);
1298         }
1299         return (NULL);
1300 }
1301
1302 /*
1303  * Allocates a number of pages from within an object
1304  *
1305  * Arguments:
1306  *      bytes  The number of bytes requested
1307  *      wait   Shall we wait?
1308  *
1309  * Returns:
1310  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1311  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1312  */
1313 static void *
1314 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1315     int wait)
1316 {
1317         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1318         u_long npages;
1319         vm_offset_t retkva, zkva;
1320         vm_page_t p, p_next;
1321         uma_keg_t keg;
1322
1323         TAILQ_INIT(&alloctail);
1324         keg = zone->uz_keg;
1325
1326         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1327         while (npages > 0) {
1328                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1329                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1330                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1331                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1332                 if (p != NULL) {
1333                         /*
1334                          * Since the page does not belong to an object, its
1335                          * listq is unused.
1336                          */
1337                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1338                         npages--;
1339                         continue;
1340                 }
1341                 /*
1342                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1343                  * exit.
1344                  */
1345                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1346                         vm_page_unwire_noq(p);
1347                         vm_page_free(p);
1348                 }
1349                 return (NULL);
1350         }
1351         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1352         zkva = keg->uk_kva +
1353             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1354         retkva = zkva;
1355         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1356                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1357                 zkva += PAGE_SIZE;
1358         }
1359
1360         return ((void *)retkva);
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Frees a number of pages to the system
1365  *
1366  * Arguments:
1367  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1368  *      size  The size of the memory being freed
1369  *      flags The original p->us_flags field
1370  *
1371  * Returns:
1372  *      Nothing
1373  */
1374 static void
1375 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1376 {
1377
1378         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1379                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1380
1381         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1382 }
1383
1384 /*
1385  * Frees pcpu zone allocations
1386  *
1387  * Arguments:
1388  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1389  *      size  The size of the memory being freed
1390  *      flags The original p->us_flags field
1391  *
1392  * Returns:
1393  *      Nothing
1394  */
1395 static void
1396 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1397 {
1398         vm_offset_t sva, curva;
1399         vm_paddr_t paddr;
1400         vm_page_t m;
1401
1402         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1403         sva = (vm_offset_t)mem;
1404         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1405                 paddr = pmap_kextract(curva);
1406                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1407                 vm_page_unwire_noq(m);
1408                 vm_page_free(m);
1409         }
1410         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1411         kva_free(sva, size);
1412 }
1413
1414
1415 /*
1416  * Zero fill initializer
1417  *
1418  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1419  */
1420 static int
1421 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1422 {
1423         bzero(mem, size);
1424         return (0);
1425 }
1426
1427 /*
1428  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1429  *
1430  * Arguments
1431  *      keg  The zone we should initialize
1432  *
1433  * Returns
1434  *      Nothing
1435  */
1436 static void
1437 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1438 {
1439         u_int rsize;
1440         u_int memused;
1441         u_int wastedspace;
1442         u_int shsize;
1443         u_int slabsize;
1444
1445         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1446                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1447
1448                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1449                 keg->uk_ppera = ncpus;
1450         } else {
1451                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1452                 keg->uk_ppera = 1;
1453         }
1454
1455         /*
1456          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1457          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1458          * allocation bits for we round it up.
1459          */
1460         rsize = keg->uk_size;
1461         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1462                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1463         if (rsize & keg->uk_align)
1464                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1465         keg->uk_rsize = rsize;
1466
1467         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1468             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1469             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1470
1471         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1472                 shsize = 0;
1473         else
1474                 shsize = SIZEOF_UMA_SLAB;
1475
1476         if (rsize <= slabsize - shsize)
1477                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1478         else {
1479                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1480                  * alignment requirement can be relaxed. */
1481                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1482                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1483                 keg->uk_ipers = 1;
1484         }
1485         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1486             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1487
1488         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1489         wastedspace = slabsize - memused;
1490
1491         /*
1492          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1493          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1494          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1495          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1496          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1497          */
1498         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1499             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1500                 return;
1501
1502         /*
1503          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1504          * this if it permits more items per-slab.
1505          *
1506          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1507          * Historically this was not done because the VM could not
1508          * efficiently handle contiguous allocations.
1509          */
1510         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1511             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1512                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1513                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1514                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1515                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1516                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1517                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1518                     "calculated ipers = %d, "
1519                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1520                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1521                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1522                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1523         }
1524
1525         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1526             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1527                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1528 }
1529
1530 /*
1531  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1532  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1533  * more complicated.
1534  *
1535  * Arguments
1536  *      keg  The keg we should initialize
1537  *
1538  * Returns
1539  *      Nothing
1540  */
1541 static void
1542 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1543 {
1544
1545         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1546         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1547             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1548
1549         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1550         keg->uk_ipers = 1;
1551         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1552
1553         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1554         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0 &&
1555             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < SIZEOF_UMA_SLAB) {
1556                 /*
1557                  * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1558                  * we need an extra page per allocation to contain the
1559                  * slab header.
1560                  */
1561                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1562                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1563                 else
1564                         keg->uk_ppera++;
1565         }
1566
1567         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1568             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1569                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1570 }
1571
1572 static void
1573 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1574 {
1575         int alignsize;
1576         int trailer;
1577         int pages;
1578         int rsize;
1579
1580         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1581             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1582
1583         alignsize = keg->uk_align + 1;
1584         rsize = keg->uk_size;
1585         /*
1586          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1587          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1588          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1589          * would fall on the same boundary every time.
1590          */
1591         if (rsize & keg->uk_align)
1592                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1593         if ((rsize & alignsize) == 0)
1594                 rsize += alignsize;
1595         trailer = rsize - keg->uk_size;
1596         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1597         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1598         keg->uk_rsize = rsize;
1599         keg->uk_ppera = pages;
1600         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1601         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1602         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1603             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1604             keg->uk_ipers));
1605 }
1606
1607 /*
1608  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1609  * the keg onto the global keg list.
1610  *
1611  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1612  *      udata  Actually uma_kctor_args
1613  */
1614 static int
1615 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1616 {
1617         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1618         uma_keg_t keg = mem;
1619         uma_zone_t zone;
1620
1621         bzero(keg, size);
1622         keg->uk_size = arg->size;
1623         keg->uk_init = arg->uminit;
1624         keg->uk_fini = arg->fini;
1625         keg->uk_align = arg->align;
1626         keg->uk_free = 0;
1627         keg->uk_reserve = 0;
1628         keg->uk_pages = 0;
1629         keg->uk_flags = arg->flags;
1630         keg->uk_slabzone = NULL;
1631
1632         /*
1633          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1634          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1635          * iterator is never run.
1636          */
1637         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1638         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1639
1640         /*
1641          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1642          */
1643         zone = arg->zone;
1644         keg->uk_name = zone->uz_name;
1645
1646         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1647                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1648
1649         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1650                 keg->uk_init = zero_init;
1651
1652         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1653                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1654
1655         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1656 #ifdef SMP
1657                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1658 #else
1659                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1660 #endif
1661
1662         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1663                 keg_cachespread_init(keg);
1664         } else {
1665                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1666                         keg_large_init(keg);
1667                 else
1668                         keg_small_init(keg);
1669         }
1670
1671         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1672                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1673
1674         /*
1675          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1676          * startup cache until the vm is ready.
1677          */
1678         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1679                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1680 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1681         else if (keg->uk_ppera == 1)
1682                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1683 #endif
1684         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1685                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1686         else
1687                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1688 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1689         if (keg->uk_ppera == 1)
1690                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1691         else
1692 #endif
1693         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1694                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1695         else
1696                 keg->uk_freef = page_free;
1697
1698         /*
1699          * Initialize keg's lock
1700          */
1701         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1702
1703         /*
1704          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1705          * figure out where in each page it goes.  See SIZEOF_UMA_SLAB
1706          * macro definition.
1707          */
1708         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1709                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - SIZEOF_UMA_SLAB;
1710                 /*
1711                  * The only way the following is possible is if with our
1712                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1713                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1714                  * mathematically possible for all cases, so we make
1715                  * sure here anyway.
1716                  */
1717                 KASSERT(keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab) <=
1718                     PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
1719                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
1720                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
1721         }
1722
1723         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1724                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
1725
1726         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1727             keg, zone->uz_name, zone,
1728             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1729             keg->uk_free);
1730
1731         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1732
1733         rw_wlock(&uma_rwlock);
1734         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1735         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1736         return (0);
1737 }
1738
1739 static void
1740 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone)
1741 {
1742
1743         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1744         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1745         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1746 }
1747
1748 /*
1749  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1750  *
1751  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1752  *      udata  Actually uma_zctor_args
1753  */
1754 static int
1755 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1756 {
1757         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1758         uma_zone_t zone = mem;
1759         uma_zone_t z;
1760         uma_keg_t keg;
1761
1762         bzero(zone, size);
1763         zone->uz_name = arg->name;
1764         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1765         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1766         zone->uz_init = NULL;
1767         zone->uz_fini = NULL;
1768         zone->uz_sleeps = 0;
1769         zone->uz_xdomain = 0;
1770         zone->uz_count = 0;
1771         zone->uz_count_min = 0;
1772         zone->uz_count_max = BUCKET_MAX;
1773         zone->uz_flags = 0;
1774         zone->uz_warning = NULL;
1775         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1776         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1777         zone->uz_bkt_max = ULONG_MAX;
1778         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1779
1780         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1781                 zone_alloc_counters(zone);
1782         else {
1783                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
1784                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
1785                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
1786         }
1787
1788         /*
1789          * This is a pure cache zone, no kegs.
1790          */
1791         if (arg->import) {
1792                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1793                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1794                 zone->uz_flags = arg->flags;
1795                 zone->uz_size = arg->size;
1796                 zone->uz_import = arg->import;
1797                 zone->uz_release = arg->release;
1798                 zone->uz_arg = arg->arg;
1799                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1800                 ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1801                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1802                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1803                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1804                 goto out;
1805         }
1806
1807         /*
1808          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1809          */
1810         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1811         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1812         zone->uz_arg = zone;
1813         keg = arg->keg;
1814
1815         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1816                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1817                 zone->uz_init = arg->uminit;
1818                 zone->uz_fini = arg->fini;
1819                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1820                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1821                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1822                 ZONE_LOCK(zone);
1823                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1824                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1825                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1826                                 break;
1827                         }
1828                 }
1829                 ZONE_UNLOCK(zone);
1830                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1831         } else if (keg == NULL) {
1832                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1833                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1834                         return (ENOMEM);
1835         } else {
1836                 struct uma_kctor_args karg;
1837                 int error;
1838
1839                 /* We should only be here from uma_startup() */
1840                 karg.size = arg->size;
1841                 karg.uminit = arg->uminit;
1842                 karg.fini = arg->fini;
1843                 karg.align = arg->align;
1844                 karg.flags = arg->flags;
1845                 karg.zone = zone;
1846                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1847                     flags);
1848                 if (error)
1849                         return (error);
1850         }
1851
1852         zone->uz_keg = keg;
1853         zone->uz_size = keg->uk_size;
1854         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1855             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1856
1857         /*
1858          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1859          * caches.  If we're internal, bail out here.
1860          */
1861         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1862                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1863                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1864                 return (0);
1865         }
1866
1867 out:
1868         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1869             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1870             ("Invalid zone flag combination"));
1871         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0) {
1872                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1873         } else if ((arg->flags & UMA_ZONE_MINBUCKET) != 0) {
1874                 zone->uz_count = BUCKET_MIN;
1875                 zone->uz_count_max = BUCKET_MIN;
1876         } else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1877                 zone->uz_count = 0;
1878         else
1879                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1880         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1881
1882         return (0);
1883 }
1884
1885 /*
1886  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1887  * table and removes the keg from the global list.
1888  *
1889  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1890  *      udata  unused
1891  */
1892 static void
1893 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1894 {
1895         uma_keg_t keg;
1896
1897         keg = (uma_keg_t)arg;
1898         KEG_LOCK(keg);
1899         if (keg->uk_free != 0) {
1900                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1901                     " Lost %d pages of memory.\n",
1902                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1903                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1904         }
1905         KEG_UNLOCK(keg);
1906
1907         hash_free(&keg->uk_hash);
1908
1909         KEG_LOCK_FINI(keg);
1910 }
1911
1912 /*
1913  * Zone header dtor.
1914  *
1915  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1916  *      udata  unused
1917  */
1918 static void
1919 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1920 {
1921         uma_zone_t zone;
1922         uma_keg_t keg;
1923
1924         zone = (uma_zone_t)arg;
1925
1926         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1927                 cache_drain(zone);
1928
1929         rw_wlock(&uma_rwlock);
1930         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1931         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1932         /*
1933          * XXX there are some races here where
1934          * the zone can be drained but zone lock
1935          * released and then refilled before we
1936          * remove it... we dont care for now
1937          */
1938         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1939         /*
1940          * We only destroy kegs from non secondary/non cache zones.
1941          */
1942         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
1943                 keg = zone->uz_keg;
1944                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1945                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1946                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1947                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1948         }
1949         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
1950         counter_u64_free(zone->uz_frees);
1951         counter_u64_free(zone->uz_fails);
1952         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
1953                 ZONE_LOCK_FINI(zone);
1954 }
1955
1956 /*
1957  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1958  *
1959  * Arguments:
1960  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1961  *              as an argument.
1962  *
1963  * Returns:
1964  *      Nothing
1965  */
1966 static void
1967 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1968 {
1969         uma_keg_t keg;
1970         uma_zone_t zone;
1971
1972         /*
1973          * Before BOOT_RUNNING we are guaranteed to be single
1974          * threaded, so locking isn't needed. Startup functions
1975          * are allowed to use M_WAITOK.
1976          */
1977         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1978                 rw_rlock(&uma_rwlock);
1979         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1980                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1981                         zfunc(zone);
1982         }
1983         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1984                 rw_runlock(&uma_rwlock);
1985 }
1986
1987 /*
1988  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1989  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1990  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1991  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1992  */
1993 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1994 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1995 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1996 static int zsize, ksize;
1997 int
1998 uma_startup_count(int vm_zones)
1999 {
2000         int zones, pages;
2001
2002         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2003             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2004         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2005             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2006             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2007
2008         /*
2009          * Memory for the zone of kegs and its keg,
2010          * and for zone of zones.
2011          */
2012         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
2013             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
2014
2015 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
2016         zones = UMA_BOOT_ZONES;
2017 #else
2018         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
2019         vm_zones = 0;
2020 #endif
2021
2022         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
2023         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE) {
2024                 /* See keg_large_init(). */
2025                 u_int ppera;
2026
2027                 ppera = howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), PAGE_SIZE);
2028                 if (PAGE_SIZE * ppera - roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) <
2029                     SIZEOF_UMA_SLAB)
2030                         ppera++;
2031                 pages += (zones + vm_zones) * ppera;
2032         } else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
2033                 /* See keg_small_init() special case for uk_ppera = 1. */
2034                 pages += zones;
2035         else
2036                 pages += howmany(zones,
2037                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
2038
2039         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
2040         pages += howmany(zones + 1,
2041             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
2042
2043         /*
2044          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
2045          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
2046          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
2047          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2048          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2049          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2050          */
2051         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2052             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2053
2054         return (pages);
2055 }
2056
2057 void
2058 uma_startup(void *mem, int npages)
2059 {
2060         struct uma_zctor_args args;
2061         uma_keg_t masterkeg;
2062         uintptr_t m;
2063
2064 #ifdef DIAGNOSTIC
2065         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2066 #endif
2067
2068         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2069
2070         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2071         m = (uintptr_t)mem;
2072         zones = (uma_zone_t)m;
2073         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2074         kegs = (uma_zone_t)m;
2075         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2076         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2077         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2078         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2079         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2080         mem = (void *)m;
2081
2082         /* "manually" create the initial zone */
2083         memset(&args, 0, sizeof(args));
2084         args.name = "UMA Kegs";
2085         args.size = ksize;
2086         args.ctor = keg_ctor;
2087         args.dtor = keg_dtor;
2088         args.uminit = zero_init;
2089         args.fini = NULL;
2090         args.keg = masterkeg;
2091         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2092         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2093         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2094
2095         bootmem = mem;
2096         boot_pages = npages;
2097
2098         args.name = "UMA Zones";
2099         args.size = zsize;
2100         args.ctor = zone_ctor;
2101         args.dtor = zone_dtor;
2102         args.uminit = zero_init;
2103         args.fini = NULL;
2104         args.keg = NULL;
2105         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2106         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2107         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2108
2109         /* Now make a zone for slab headers */
2110         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2111                                 sizeof(struct uma_slab),
2112                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2113                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2114
2115         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2116             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2117             NULL, NULL, NULL, NULL,
2118             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2119
2120         bucket_init();
2121
2122         booted = BOOT_STRAPPED;
2123 }
2124
2125 void
2126 uma_startup1(void)
2127 {
2128
2129 #ifdef DIAGNOSTIC
2130         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2131 #endif
2132         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2133 }
2134
2135 void
2136 uma_startup2(void)
2137 {
2138
2139 #ifdef DIAGNOSTIC
2140         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2141 #endif
2142         booted = BOOT_BUCKETS;
2143         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2144         bucket_enable();
2145 }
2146
2147 /*
2148  * Initialize our callout handle
2149  *
2150  */
2151 static void
2152 uma_startup3(void)
2153 {
2154
2155 #ifdef INVARIANTS
2156         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2157         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2158         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2159 #endif
2160         zone_foreach(zone_alloc_counters);
2161         callout_init(&uma_callout, 1);
2162         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2163         booted = BOOT_RUNNING;
2164 }
2165
2166 static uma_keg_t
2167 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2168                 int align, uint32_t flags)
2169 {
2170         struct uma_kctor_args args;
2171
2172         args.size = size;
2173         args.uminit = uminit;
2174         args.fini = fini;
2175         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2176         args.flags = flags;
2177         args.zone = zone;
2178         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2179 }
2180
2181 /* Public functions */
2182 /* See uma.h */
2183 void
2184 uma_set_align(int align)
2185 {
2186
2187         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2188                 uma_align_cache = align;
2189 }
2190
2191 /* See uma.h */
2192 uma_zone_t
2193 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2194                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2195
2196 {
2197         struct uma_zctor_args args;
2198         uma_zone_t res;
2199         bool locked;
2200
2201         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2202             align, name));
2203
2204         /* Sets all zones to a first-touch domain policy. */
2205 #ifdef UMA_FIRSTTOUCH
2206         flags |= UMA_ZONE_NUMA;
2207 #endif
2208
2209         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2210         memset(&args, 0, sizeof(args));
2211         args.name = name;
2212         args.size = size;
2213         args.ctor = ctor;
2214         args.dtor = dtor;
2215         args.uminit = uminit;
2216         args.fini = fini;
2217 #ifdef  INVARIANTS
2218         /*
2219          * If a zone is being created with an empty constructor and
2220          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2221          * memory use after free.
2222          */
2223         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2224             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2225                 args.ctor = trash_ctor;
2226                 args.dtor = trash_dtor;
2227                 args.uminit = trash_init;
2228                 args.fini = trash_fini;
2229         }
2230 #endif
2231         args.align = align;
2232         args.flags = flags;
2233         args.keg = NULL;
2234
2235         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2236                 locked = false;
2237         } else {
2238                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2239                 locked = true;
2240         }
2241         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2242         if (locked)
2243                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2244         return (res);
2245 }
2246
2247 /* See uma.h */
2248 uma_zone_t
2249 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2250                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2251 {
2252         struct uma_zctor_args args;
2253         uma_keg_t keg;
2254         uma_zone_t res;
2255         bool locked;
2256
2257         keg = master->uz_keg;
2258         memset(&args, 0, sizeof(args));
2259         args.name = name;
2260         args.size = keg->uk_size;
2261         args.ctor = ctor;
2262         args.dtor = dtor;
2263         args.uminit = zinit;
2264         args.fini = zfini;
2265         args.align = keg->uk_align;
2266         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2267         args.keg = keg;
2268
2269         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2270                 locked = false;
2271         } else {
2272                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2273                 locked = true;
2274         }
2275         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2276         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2277         if (locked)
2278                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2279         return (res);
2280 }
2281
2282 /* See uma.h */
2283 uma_zone_t
2284 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2285                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2286                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2287 {
2288         struct uma_zctor_args args;
2289
2290         memset(&args, 0, sizeof(args));
2291         args.name = name;
2292         args.size = size;
2293         args.ctor = ctor;
2294         args.dtor = dtor;
2295         args.uminit = zinit;
2296         args.fini = zfini;
2297         args.import = zimport;
2298         args.release = zrelease;
2299         args.arg = arg;
2300         args.align = 0;
2301         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
2302
2303         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2304 }
2305
2306 /* See uma.h */
2307 void
2308 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2309 {
2310
2311         sx_slock(&uma_drain_lock);
2312         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2313         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2314 }
2315
2316 void
2317 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2318 {
2319         void *item;
2320
2321         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2322         uma_zfree(zone, item);
2323 }
2324
2325 void *
2326 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2327 {
2328         void *item;
2329 #ifdef SMP
2330         int i;
2331
2332         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2333 #endif
2334         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2335         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2336 #ifdef SMP
2337                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2338                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2339 #else
2340                 bzero(item, zone->uz_size);
2341 #endif
2342         }
2343         return (item);
2344 }
2345
2346 /*
2347  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2348  */
2349 void
2350 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2351 {
2352
2353 #ifdef SMP
2354         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2355 #endif
2356         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2357 }
2358
2359 /* See uma.h */
2360 void *
2361 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2362 {
2363         uma_zone_domain_t zdom;
2364         uma_bucket_t bucket;
2365         uma_cache_t cache;
2366         void *item;
2367         int cpu, domain, lockfail, maxbucket;
2368 #ifdef INVARIANTS
2369         bool skipdbg;
2370 #endif
2371
2372         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2373         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2374
2375         /* This is the fast path allocation */
2376         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2377             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2378
2379         if (flags & M_WAITOK) {
2380                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2381                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2382         }
2383         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2384         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2385             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2386         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2387                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2388                     "with M_ZERO passed"));
2389
2390 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2391         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2392                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2393                 if (item != NULL) {
2394                         if (zone->uz_init != NULL &&
2395                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2396                                 return (NULL);
2397                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2398                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2399                             flags) != 0) {
2400                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2401                                 return (NULL);
2402                         }
2403                         return (item);
2404                 }
2405                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2406         }
2407 #endif
2408         /*
2409          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2410          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2411          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2412          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2413          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2414          * preemption and migration.  We release the critical section in
2415          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2416          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2417          * must detect and handle migration if it has occurred.
2418          */
2419 zalloc_restart:
2420         critical_enter();
2421         cpu = curcpu;
2422         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2423
2424 zalloc_start:
2425         bucket = cache->uc_allocbucket;
2426         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2427                 bucket->ub_cnt--;
2428                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2429 #ifdef INVARIANTS
2430                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2431 #endif
2432                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2433                 cache->uc_allocs++;
2434                 critical_exit();
2435 #ifdef INVARIANTS
2436                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2437 #endif
2438                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2439 #ifdef INVARIANTS
2440                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2441                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2442 #endif
2443                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2444                         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2445                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2446                         return (NULL);
2447                 }
2448 #ifdef INVARIANTS
2449                 if (!skipdbg)
2450                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2451 #endif
2452                 if (flags & M_ZERO)
2453                         uma_zero_item(item, zone);
2454                 return (item);
2455         }
2456
2457         /*
2458          * We have run out of items in our alloc bucket.
2459          * See if we can switch with our free bucket.
2460          */
2461         bucket = cache->uc_freebucket;
2462         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2463                 CTR2(KTR_UMA,
2464                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2465                     zone->uz_name, zone);
2466                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2467                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2468                 goto zalloc_start;
2469         }
2470
2471         /*
2472          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2473          */
2474         bucket = cache->uc_allocbucket;
2475         cache->uc_allocbucket = NULL;
2476         critical_exit();
2477         if (bucket != NULL)
2478                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2479
2480         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2481         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable) {
2482                 ZONE_LOCK(zone);
2483                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
2484                         domain = PCPU_GET(domain);
2485                 else
2486                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2487                 goto zalloc_item;
2488         }
2489
2490         /*
2491          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2492          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2493          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2494          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2495          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2496          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2497          * the critical section.
2498          */
2499         lockfail = 0;
2500         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2501                 /* Record contention to size the buckets. */
2502                 ZONE_LOCK(zone);
2503                 lockfail = 1;
2504         }
2505         critical_enter();
2506         cpu = curcpu;
2507         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2508
2509         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2510         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2511                 ZONE_UNLOCK(zone);
2512                 goto zalloc_start;
2513         }
2514
2515         /*
2516          * Check the zone's cache of buckets.
2517          */
2518         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2519                 domain = PCPU_GET(domain);
2520                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2521         } else {
2522                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2523                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2524         }
2525
2526         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2527                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2528                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2529                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2530                 ZONE_UNLOCK(zone);
2531                 goto zalloc_start;
2532         }
2533         /* We are no longer associated with this CPU. */
2534         critical_exit();
2535
2536         /*
2537          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2538          * handle the working set.
2539          */
2540         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
2541                 zone->uz_count++;
2542
2543         if (zone->uz_max_items > 0) {
2544                 if (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2545                         goto zalloc_item;
2546                 maxbucket = MIN(zone->uz_count,
2547                     zone->uz_max_items - zone->uz_items);
2548                 zone->uz_items += maxbucket;
2549         } else
2550                 maxbucket = zone->uz_count;
2551         ZONE_UNLOCK(zone);
2552
2553         /*
2554          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2555          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2556          * will use the just filled bucket.
2557          */
2558         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags, maxbucket);
2559         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2560             zone->uz_name, zone, bucket);
2561         ZONE_LOCK(zone);
2562         if (bucket != NULL) {
2563                 if (zone->uz_max_items > 0 && bucket->ub_cnt < maxbucket) {
2564                         MPASS(zone->uz_items >= maxbucket - bucket->ub_cnt);
2565                         zone->uz_items -= maxbucket - bucket->ub_cnt;
2566                         if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2567                             zone->uz_items < zone->uz_max_items)
2568                                 wakeup_one(zone);
2569                 }
2570                 critical_enter();
2571                 cpu = curcpu;
2572                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2573
2574                 /*
2575                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2576                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2577                  * the memory directly.
2578                  */
2579                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2580                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2581                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2582                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2583                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2584                 } else if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
2585                         critical_exit();
2586                         ZONE_UNLOCK(zone);
2587                         bucket_drain(zone, bucket);
2588                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2589                         goto zalloc_restart;
2590                 } else
2591                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2592                 ZONE_UNLOCK(zone);
2593                 goto zalloc_start;
2594         } else if (zone->uz_max_items > 0) {
2595                 zone->uz_items -= maxbucket;
2596                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2597                     zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2598                         wakeup_one(zone);
2599         }
2600
2601         /*
2602          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2603          */
2604 zalloc_item:
2605         item = zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags);
2606
2607         return (item);
2608 }
2609
2610 void *
2611 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2612 {
2613
2614         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2615         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2616
2617         /* This is the fast path allocation */
2618         CTR5(KTR_UMA,
2619             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2620             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2621
2622         if (flags & M_WAITOK) {
2623                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2624                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2625         }
2626         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2627             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2628
2629         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2630 }
2631
2632 /*
2633  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2634  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2635  *
2636  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2637  * only 'domain'.
2638  */
2639 static uma_slab_t
2640 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2641 {
2642         uma_domain_t dom;
2643         uma_slab_t slab;
2644         int start;
2645
2646         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2647             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2648         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2649
2650         slab = NULL;
2651         start = domain;
2652         do {
2653                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2654                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2655                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2656                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2657                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2658                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2659                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2660                         return (slab);
2661                 }
2662                 if (rr)
2663                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2664         } while (domain != start);
2665
2666         return (NULL);
2667 }
2668
2669 static uma_slab_t
2670 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2671 {
2672         uint32_t reserve;
2673
2674         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2675
2676         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2677         if (keg->uk_free <= reserve)
2678                 return (NULL);
2679         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2680 }
2681
2682 static uma_slab_t
2683 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2684 {
2685         struct vm_domainset_iter di;
2686         uma_domain_t dom;
2687         uma_slab_t slab;
2688         int aflags, domain;
2689         bool rr;
2690
2691 restart:
2692         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2693
2694         /*
2695          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2696          * domain (as happens with first-touch zones).
2697          *
2698          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2699          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2700          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2701          */
2702         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2703         if (rr) {
2704                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2705                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2706                     &aflags);
2707         } else {
2708                 aflags = flags;
2709                 domain = rdomain;
2710         }
2711
2712         for (;;) {
2713                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2714                 if (slab != NULL) {
2715                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2716                         return (slab);
2717                 }
2718
2719                 /*
2720                  * M_NOVM means don't ask at all!
2721                  */
2722                 if (flags & M_NOVM)
2723                         break;
2724
2725                 KASSERT(zone->uz_max_items == 0 ||
2726                     zone->uz_items <= zone->uz_max_items,
2727                     ("%s: zone %p overflow", __func__, zone));
2728
2729                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
2730                 /*
2731                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2732                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2733                  * at least one item.
2734                  */
2735                 if (slab) {
2736                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2737                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2738                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2739                         return (slab);
2740                 }
2741                 KEG_LOCK(keg);
2742                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2743                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2744                                 KEG_UNLOCK(keg);
2745                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2746                                 KEG_LOCK(keg);
2747                                 goto restart;
2748                         }
2749                         break;
2750                 }
2751         }
2752
2753         /*
2754          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2755          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2756          * fail.
2757          */
2758         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2759                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2760                 return (slab);
2761         }
2762         return (NULL);
2763 }
2764
2765 static uma_slab_t
2766 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2767 {
2768         uma_slab_t slab;
2769
2770         if (keg == NULL) {
2771                 keg = zone->uz_keg;
2772                 KEG_LOCK(keg);
2773         }
2774
2775         for (;;) {
2776                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2777                 if (slab)
2778                         return (slab);
2779                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2780                         break;
2781         }
2782         KEG_UNLOCK(keg);
2783         return (NULL);
2784 }
2785
2786 static void *
2787 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2788 {
2789         uma_domain_t dom;
2790         void *item;
2791         uint8_t freei;
2792
2793         MPASS(keg == slab->us_keg);
2794         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2795
2796         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2797         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2798         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2799         slab->us_freecount--;
2800         keg->uk_free--;
2801
2802         /* Move this slab to the full list */
2803         if (slab->us_freecount == 0) {
2804                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2805                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2806                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2807         }
2808
2809         return (item);
2810 }
2811
2812 static int
2813 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2814 {
2815         uma_slab_t slab;
2816         uma_keg_t keg;
2817 #ifdef NUMA
2818         int stripe;
2819 #endif
2820         int i;
2821
2822         slab = NULL;
2823         keg = NULL;
2824         /* Try to keep the buckets totally full */
2825         for (i = 0; i < max; ) {
2826                 if ((slab = zone_fetch_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2827                         break;
2828                 keg = slab->us_keg;
2829 #ifdef NUMA
2830                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2831 #endif
2832                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2833                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2834                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2835                                 break;
2836 #ifdef NUMA
2837                         /*
2838                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2839                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2840                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2841                          * than stripe within each bucket.  The current option
2842                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2843                          * time but yields better distribution.
2844                          */
2845                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2846                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2847                                 break;
2848 #endif
2849                 }
2850                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2851                 flags &= ~M_WAITOK;
2852                 flags |= M_NOWAIT;
2853         }
2854         if (slab != NULL)
2855                 KEG_UNLOCK(keg);
2856
2857         return i;
2858 }
2859
2860 static uma_bucket_t
2861 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags, int max)
2862 {
2863         uma_bucket_t bucket;
2864
2865         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
2866
2867         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
2868         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2869                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2870
2871         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2872         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2873         if (bucket == NULL)
2874                 return (NULL);
2875
2876         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2877             MIN(max, bucket->ub_entries), domain, flags);
2878
2879         /*
2880          * Initialize the memory if necessary.
2881          */
2882         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2883                 int i;
2884
2885                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2886                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2887                             flags) != 0)
2888                                 break;
2889                 /*
2890                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2891                  * rest back onto the freelist.
2892                  */
2893                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2894                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2895                             bucket->ub_cnt - i);
2896 #ifdef INVARIANTS
2897                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2898                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2899 #endif
2900                         bucket->ub_cnt = i;
2901                 }
2902         }
2903
2904         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2905                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2906                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2907                 return (NULL);
2908         }
2909
2910         return (bucket);
2911 }
2912
2913 /*
2914  * Allocates a single item from a zone.
2915  *
2916  * Arguments
2917  *      zone   The zone to alloc for.
2918  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2919  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
2920  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2921  *
2922  * Returns
2923  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2924  *      An item if successful
2925  */
2926
2927 static void *
2928 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2929 {
2930
2931         ZONE_LOCK(zone);
2932         return (zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags));
2933 }
2934
2935 /*
2936  * Returns with zone unlocked.
2937  */
2938 static void *
2939 zone_alloc_item_locked(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2940 {
2941         void *item;
2942 #ifdef INVARIANTS
2943         bool skipdbg;
2944 #endif
2945
2946         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
2947
2948         if (zone->uz_max_items > 0) {
2949                 if (zone->uz_items >= zone->uz_max_items) {
2950                         zone_log_warning(zone);
2951                         zone_maxaction(zone);
2952                         if (flags & M_NOWAIT) {
2953                                 ZONE_UNLOCK(zone);
2954                                 return (NULL);
2955                         }
2956                         zone->uz_sleeps++;
2957                         zone->uz_sleepers++;
2958                         while (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2959                                 mtx_sleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2960                                     "zonelimit", 0);
2961                         zone->uz_sleepers--;
2962                         if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2963                             zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2964                                 wakeup_one(zone);
2965                 }
2966                 zone->uz_items++;
2967         }
2968         ZONE_UNLOCK(zone);
2969
2970         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
2971         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2972                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2973
2974         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
2975                 goto fail;
2976
2977 #ifdef INVARIANTS
2978         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2979 #endif
2980         /*
2981          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2982          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2983          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2984          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2985          */
2986         if (zone->uz_init != NULL) {
2987                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2988                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
2989                         goto fail;
2990                 }
2991         }
2992         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2993 #ifdef INVARIANTS
2994             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2995             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2996 #endif
2997             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2998                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2999                 goto fail;
3000         }
3001 #ifdef INVARIANTS
3002         if (!skipdbg)
3003                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3004 #endif
3005         if (flags & M_ZERO)
3006                 uma_zero_item(item, zone);
3007
3008         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
3009         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
3010             zone->uz_name, zone);
3011
3012         return (item);
3013
3014 fail:
3015         if (zone->uz_max_items > 0) {
3016                 ZONE_LOCK(zone);
3017                 zone->uz_items--;
3018                 ZONE_UNLOCK(zone);
3019         }
3020         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3021         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
3022             zone->uz_name, zone);
3023         return (NULL);
3024 }
3025
3026 /* See uma.h */
3027 void
3028 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3029 {
3030         uma_cache_t cache;
3031         uma_bucket_t bucket;
3032         uma_zone_domain_t zdom;
3033         int cpu, domain;
3034 #ifdef UMA_XDOMAIN
3035         int itemdomain;
3036 #endif
3037         bool lockfail;
3038 #ifdef INVARIANTS
3039         bool skipdbg;
3040 #endif
3041
3042         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3043         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3044
3045         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3046             zone->uz_name);
3047
3048         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3049             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3050
3051         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3052         if (item == NULL)
3053                 return;
3054 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3055         if (is_memguard_addr(item)) {
3056                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3057                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3058                 if (zone->uz_fini != NULL)
3059                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3060                 memguard_free(item);
3061                 return;
3062         }
3063 #endif
3064 #ifdef INVARIANTS
3065         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3066         if (skipdbg == false) {
3067                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3068                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3069                 else
3070                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3071         }
3072         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3073             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3074 #else
3075         if (zone->uz_dtor != NULL)
3076 #endif
3077                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3078
3079         /*
3080          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3081          * a little longer for the limits to be reset.
3082          */
3083         if (zone->uz_sleepers > 0)
3084                 goto zfree_item;
3085
3086 #ifdef UMA_XDOMAIN
3087         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0)
3088                 itemdomain = _vm_phys_domain(pmap_kextract((vm_offset_t)item));
3089 #endif
3090
3091         /*
3092          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3093          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3094          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3095          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3096          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3097          * preemption and migration.  We release the critical section in
3098          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3099          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3100          * detect and handle migration if it has occurred.
3101          */
3102 zfree_restart:
3103         critical_enter();
3104         cpu = curcpu;
3105         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3106
3107 zfree_start:
3108         domain = PCPU_GET(domain);
3109 #ifdef UMA_XDOMAIN
3110         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0)
3111                 itemdomain = domain;
3112 #endif
3113         /*
3114          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3115          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3116          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3117          */
3118 #ifdef UMA_XDOMAIN
3119         if (domain != itemdomain) {
3120                 bucket = cache->uc_crossbucket;
3121         } else
3122 #endif
3123         {
3124                 bucket = cache->uc_allocbucket;
3125                 if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3126                         bucket = cache->uc_freebucket;
3127         }
3128         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3129                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3130                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3131                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3132                 bucket->ub_cnt++;
3133                 cache->uc_frees++;
3134                 critical_exit();
3135                 return;
3136         }
3137
3138         /*
3139          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3140          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3141          * section.  Since the critical section is released, we may be
3142          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3143          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3144          * the critical section.
3145          */
3146         critical_exit();
3147         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3148                 goto zfree_item;
3149
3150         lockfail = false;
3151         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3152                 /* Record contention to size the buckets. */
3153                 ZONE_LOCK(zone);
3154                 lockfail = true;
3155         }
3156         critical_enter();
3157         cpu = curcpu;
3158         domain = PCPU_GET(domain);
3159         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3160
3161 #ifdef UMA_XDOMAIN
3162         if (domain != itemdomain)
3163                 bucket = cache->uc_crossbucket;
3164         else
3165 #endif
3166                 bucket = cache->uc_freebucket;
3167         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3168                 ZONE_UNLOCK(zone);
3169                 goto zfree_start;
3170         }
3171 #ifdef UMA_XDOMAIN
3172         if (domain != itemdomain)
3173                 cache->uc_crossbucket = NULL;
3174         else
3175 #endif
3176                 cache->uc_freebucket = NULL;
3177         /* We are no longer associated with this CPU. */
3178         critical_exit();
3179
3180 #ifdef UMA_XDOMAIN
3181         if (domain != itemdomain) {
3182                 if (bucket != NULL) {
3183                         zone->uz_xdomain += bucket->ub_cnt;
3184                         if (vm_ndomains > 2 ||
3185                             zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
3186                                 ZONE_UNLOCK(zone);
3187                                 bucket_drain(zone, bucket);
3188                                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3189                         } else {
3190                                 zdom = &zone->uz_domain[itemdomain];
3191                                 zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3192                                 ZONE_UNLOCK(zone);
3193                         }
3194                 } else
3195                         ZONE_UNLOCK(zone);
3196                 bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3197                 if (bucket == NULL)
3198                         goto zfree_item;
3199                 critical_enter();
3200                 cpu = curcpu;
3201                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3202                 if (cache->uc_crossbucket == NULL) {
3203                         cache->uc_crossbucket = bucket;
3204                         goto zfree_start;
3205                 }
3206                 critical_exit();
3207                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3208                 goto zfree_restart;
3209         }
3210 #endif
3211
3212         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3213                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
3214         } else {
3215                 domain = 0;
3216                 zdom = &zone->uz_domain[0];
3217         }
3218
3219         /* Can we throw this on the zone full list? */
3220         if (bucket != NULL) {
3221                 CTR3(KTR_UMA,
3222                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3223                     zone->uz_name, zone, bucket);
3224                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3225                 KASSERT(bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
3226                     ("uma_zfree: Attempting to insert not full bucket onto the full list.\n"));
3227                 if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
3228                         ZONE_UNLOCK(zone);
3229                         bucket_drain(zone, bucket);
3230                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3231                         goto zfree_restart;
3232                 } else
3233                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3234         }
3235
3236         /*
3237          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3238          * handle the working set.
3239          */
3240         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
3241                 zone->uz_count++;
3242         ZONE_UNLOCK(zone);
3243
3244         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3245         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3246             zone->uz_name, zone, bucket);
3247         if (bucket) {
3248                 critical_enter();
3249                 cpu = curcpu;
3250                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3251                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3252                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3253                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3254                         cache->uc_freebucket = bucket;
3255                         goto zfree_start;
3256                 }
3257                 /*
3258                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3259                  * critical section to free the bucket.
3260                  */
3261                 critical_exit();
3262                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3263                 goto zfree_restart;
3264         }
3265
3266         /*
3267          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3268          */
3269 zfree_item:
3270         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3271 }
3272
3273 void
3274 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3275 {
3276
3277         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3278         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3279
3280         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3281             zone->uz_name);
3282
3283         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3284             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3285
3286         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3287         if (item == NULL)
3288                 return;
3289         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3290 }
3291
3292 static void
3293 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3294 {
3295         uma_keg_t keg;
3296         uma_domain_t dom;
3297         uint8_t freei;
3298
3299         keg = zone->uz_keg;
3300         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
3301         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
3302         MPASS(keg == slab->us_keg);
3303
3304         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3305
3306         /* Do we need to remove from any lists? */
3307         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3308                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3309                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3310         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3311                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3312                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3313         }
3314
3315         /* Slab management. */
3316         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3317         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3318         slab->us_freecount++;
3319
3320         /* Keg statistics. */
3321         keg->uk_free++;
3322 }
3323
3324 static void
3325 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3326 {
3327         void *item;
3328         uma_slab_t slab;
3329         uma_keg_t keg;
3330         uint8_t *mem;
3331         int i;
3332
3333         keg = zone->uz_keg;
3334         KEG_LOCK(keg);
3335         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3336                 item = bucket[i];
3337                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3338                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3339                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3340                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3341                         } else {
3342                                 mem += keg->uk_pgoff;
3343                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3344                         }
3345                 } else {
3346                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3347                         MPASS(slab->us_keg == keg);
3348                 }
3349                 slab_free_item(zone, slab, item);
3350         }
3351         KEG_UNLOCK(keg);
3352 }
3353
3354 /*
3355  * Frees a single item to any zone.
3356  *
3357  * Arguments:
3358  *      zone   The zone to free to
3359  *      item   The item we're freeing
3360  *      udata  User supplied data for the dtor
3361  *      skip   Skip dtors and finis
3362  */
3363 static void
3364 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3365 {
3366 #ifdef INVARIANTS
3367         bool skipdbg;
3368
3369         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3370         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3371                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3372                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3373                 else
3374                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3375         }
3376
3377         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3378             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3379             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3380 #else
3381         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3382 #endif
3383                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3384
3385         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3386                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3387
3388         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3389
3390         if (skip & SKIP_CNT)
3391                 return;
3392
3393         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
3394
3395         if (zone->uz_max_items > 0) {
3396                 ZONE_LOCK(zone);
3397                 zone->uz_items--;
3398                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
3399                     zone->uz_items < zone->uz_max_items)
3400                         wakeup_one(zone);
3401                 ZONE_UNLOCK(zone);
3402         }
3403 }
3404
3405 /* See uma.h */
3406 int
3407 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3408 {
3409         struct uma_bucket_zone *ubz;
3410
3411         /*
3412          * If limit is very low we may need to limit how
3413          * much items are allowed in CPU caches.
3414          */
3415         ubz = &bucket_zones[0];
3416         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
3417                 if (ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus > nitems)
3418                         break;
3419         if (ubz == &bucket_zones[0])
3420                 nitems = ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus;
3421         else
3422                 ubz--;
3423
3424         ZONE_LOCK(zone);
3425         zone->uz_count_max = zone->uz_count = ubz->ubz_entries;
3426         if (zone->uz_count_min > zone->uz_count_max)
3427                 zone->uz_count_min = zone->uz_count_max;
3428         zone->uz_max_items = nitems;
3429         ZONE_UNLOCK(zone);
3430
3431         return (nitems);
3432 }
3433
3434 /* See uma.h */
3435 int
3436 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
3437 {
3438
3439         ZONE_LOCK(zone);
3440         zone->uz_bkt_max = nitems;
3441         ZONE_UNLOCK(zone);
3442
3443         return (nitems);
3444 }
3445
3446 /* See uma.h */
3447 int
3448 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3449 {
3450         int nitems;
3451
3452         ZONE_LOCK(zone);
3453         nitems = zone->uz_max_items;
3454         ZONE_UNLOCK(zone);
3455
3456         return (nitems);
3457 }
3458
3459 /* See uma.h */
3460 void
3461 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3462 {
3463
3464         ZONE_LOCK(zone);
3465         zone->uz_warning = warning;
3466         ZONE_UNLOCK(zone);
3467 }
3468
3469 /* See uma.h */
3470 void
3471 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3472 {
3473
3474         ZONE_LOCK(zone);
3475         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3476         ZONE_UNLOCK(zone);
3477 }
3478
3479 /* See uma.h */
3480 int
3481 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3482 {
3483         int64_t nitems;
3484         u_int i;
3485
3486         ZONE_LOCK(zone);
3487         nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
3488             counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
3489         CPU_FOREACH(i) {
3490                 /*
3491                  * See the comment in uma_vm_zone_stats() regarding the
3492                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3493                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3494                  */
3495                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3496                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3497         }
3498         ZONE_UNLOCK(zone);
3499
3500         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3501 }
3502
3503 /* See uma.h */
3504 void
3505 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3506 {
3507         uma_keg_t keg;
3508
3509         KEG_GET(zone, keg);
3510         KEG_LOCK(keg);
3511         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3512             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3513         keg->uk_init = uminit;
3514         KEG_UNLOCK(keg);
3515 }
3516
3517 /* See uma.h */
3518 void
3519 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3520 {
3521         uma_keg_t keg;
3522
3523         KEG_GET(zone, keg);
3524         KEG_LOCK(keg);
3525         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3526             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3527         keg->uk_fini = fini;
3528         KEG_UNLOCK(keg);
3529 }
3530
3531 /* See uma.h */
3532 void
3533 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3534 {
3535
3536         ZONE_LOCK(zone);
3537         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3538             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3539         zone->uz_init = zinit;
3540         ZONE_UNLOCK(zone);
3541 }
3542
3543 /* See uma.h */
3544 void
3545 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3546 {
3547
3548         ZONE_LOCK(zone);
3549         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3550             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3551         zone->uz_fini = zfini;
3552         ZONE_UNLOCK(zone);
3553 }
3554
3555 /* See uma.h */
3556 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3557 void
3558 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3559 {
3560         uma_keg_t keg;
3561
3562         KEG_GET(zone, keg);
3563         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3564         KEG_LOCK(keg);
3565         keg->uk_freef = freef;
3566         KEG_UNLOCK(keg);
3567 }
3568
3569 /* See uma.h */
3570 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3571 void
3572 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3573 {
3574         uma_keg_t keg;
3575
3576         KEG_GET(zone, keg);
3577         KEG_LOCK(keg);
3578         keg->uk_allocf = allocf;
3579         KEG_UNLOCK(keg);
3580 }
3581
3582 /* See uma.h */
3583 void
3584 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3585 {
3586         uma_keg_t keg;
3587
3588         KEG_GET(zone, keg);
3589         KEG_LOCK(keg);
3590         keg->uk_reserve = items;
3591         KEG_UNLOCK(keg);
3592 }
3593
3594 /* See uma.h */
3595 int
3596 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3597 {
3598         uma_keg_t keg;
3599         vm_offset_t kva;
3600         u_int pages;
3601
3602         KEG_GET(zone, keg);
3603
3604         pages = count / keg->uk_ipers;
3605         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3606                 pages++;
3607         pages *= keg->uk_ppera;
3608
3609 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3610         if (keg->uk_ppera > 1) {
3611 #else
3612         if (1) {
3613 #endif
3614                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3615                 if (kva == 0)
3616                         return (0);
3617         } else
3618                 kva = 0;
3619
3620         ZONE_LOCK(zone);
3621         MPASS(keg->uk_kva == 0);
3622         keg->uk_kva = kva;
3623         keg->uk_offset = 0;
3624         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
3625 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3626         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3627 #else
3628         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3629 #endif
3630         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3631         ZONE_UNLOCK(zone);
3632
3633         return (1);
3634 }
3635
3636 /* See uma.h */
3637 void
3638 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3639 {
3640         struct vm_domainset_iter di;
3641         uma_domain_t dom;
3642         uma_slab_t slab;
3643         uma_keg_t keg;
3644         int aflags, domain, slabs;
3645
3646         KEG_GET(zone, keg);
3647         KEG_LOCK(keg);
3648         slabs = items / keg->uk_ipers;
3649         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3650                 slabs++;
3651         while (slabs-- > 0) {
3652                 aflags = M_NOWAIT;
3653                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3654                     &aflags);
3655                 for (;;) {
3656                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
3657                             aflags);
3658                         if (slab != NULL) {
3659                                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3660                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3661                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
3662                                     us_link);
3663                                 break;
3664                         }
3665                         KEG_LOCK(keg);
3666                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3667                                 KEG_UNLOCK(keg);
3668                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
3669                                 KEG_LOCK(keg);
3670                         }
3671                 }
3672         }
3673         KEG_UNLOCK(keg);
3674 }
3675
3676 /* See uma.h */
3677 static void
3678 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3679 {
3680
3681         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3682         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3683         bucket_enable();
3684         zone_foreach(zone_drain);
3685         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3686                 cache_drain_safe(NULL);
3687                 zone_foreach(zone_drain);
3688         }
3689
3690         /*
3691          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3692          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3693          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3694          */
3695         zone_drain(slabzone);
3696         bucket_zone_drain();
3697 }
3698
3699 void
3700 uma_reclaim(void)
3701 {
3702
3703         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3704         uma_reclaim_locked(false);
3705         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3706 }
3707
3708 static volatile int uma_reclaim_needed;
3709
3710 void
3711 uma_reclaim_wakeup(void)
3712 {
3713
3714         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3715                 wakeup(uma_reclaim);
3716 }
3717
3718 void
3719 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3720 {
3721
3722         for (;;) {
3723                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3724                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3725                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3726                             hz);
3727                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3728                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3729                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3730                 uma_reclaim_locked(true);
3731                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3732                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3733                 /* Don't fire more than once per-second. */
3734                 pause("umarclslp", hz);
3735         }
3736 }
3737
3738 /* See uma.h */
3739 int
3740 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3741 {
3742         int full;
3743
3744         ZONE_LOCK(zone);
3745         full = zone->uz_sleepers > 0;
3746         ZONE_UNLOCK(zone);
3747         return (full);
3748 }
3749
3750 int
3751 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3752 {
3753         return (zone->uz_sleepers > 0);
3754 }
3755
3756 void *
3757 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3758 {
3759         struct domainset *policy;
3760         vm_offset_t addr;
3761         uma_slab_t slab;
3762
3763         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3764                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3765                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3766                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3767         }
3768         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3769         if (slab == NULL)
3770                 return (NULL);
3771         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3772             DOMAINSET_FIXED(domain);
3773         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3774         if (addr != 0) {
3775                 vsetslab(addr, slab);
3776                 slab->us_data = (void *)addr;
3777                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3778                 slab->us_size = size;
3779                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3780                     pmap_kextract(addr)));
3781                 uma_total_inc(size);
3782         } else {
3783                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3784         }
3785
3786         return ((void *)addr);
3787 }
3788
3789 void *
3790 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3791 {
3792
3793         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3794 }
3795
3796 void
3797 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3798 {
3799
3800         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3801             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3802         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3803         uma_total_dec(slab->us_size);
3804         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3805 }
3806
3807 static void
3808 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3809 {
3810
3811         bzero(item, zone->uz_size);
3812 }
3813
3814 unsigned long
3815 uma_limit(void)
3816 {
3817
3818         return (uma_kmem_limit);
3819 }
3820
3821 void
3822 uma_set_limit(unsigned long limit)
3823 {
3824
3825         uma_kmem_limit = limit;
3826 }
3827
3828 unsigned long
3829 uma_size(void)
3830 {
3831
3832         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
3833 }
3834
3835 long
3836 uma_avail(void)
3837 {
3838
3839         return (uma_kmem_limit - uma_size());
3840 }
3841
3842 void
3843 uma_print_stats(void)
3844 {
3845         zone_foreach(uma_print_zone);
3846 }
3847
3848 static void
3849 slab_print(uma_slab_t slab)
3850 {
3851         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3852                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3853 }
3854
3855 static void
3856 cache_print(uma_cache_t cache)
3857 {
3858         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d), cross: %p(%d)j\n",
3859                 cache->uc_allocbucket,
3860                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3861                 cache->uc_freebucket,
3862                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0,
3863                 cache->uc_crossbucket,
3864                 cache->uc_crossbucket?cache->uc_crossbucket->ub_cnt:0);
3865 }
3866
3867 static void
3868 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3869 {
3870         uma_domain_t dom;
3871         uma_slab_t slab;
3872         int i;
3873
3874         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3875             "out %d free %d\n",
3876             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3877             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3878             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3879             keg->uk_free);
3880         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3881                 dom = &keg->uk_domain[i];
3882                 printf("Part slabs:\n");
3883                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3884                         slab_print(slab);
3885                 printf("Free slabs:\n");
3886                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3887                         slab_print(slab);
3888                 printf("Full slabs:\n");
3889                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3890                         slab_print(slab);
3891         }
3892 }
3893
3894 void
3895 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3896 {
3897         uma_cache_t cache;
3898         int i;
3899
3900         printf("zone: %s(%p) size %d maxitems %ju flags %#x\n",
3901             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, (uintmax_t)zone->uz_max_items,
3902             zone->uz_flags);
3903         if (zone->uz_lockptr != &zone->uz_lock)
3904                 uma_print_keg(zone->uz_keg);
3905         CPU_FOREACH(i) {
3906                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3907                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3908                 cache_print(cache);
3909         }
3910 }
3911
3912 #ifdef DDB
3913 /*
3914  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3915  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3916  *
3917  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3918  * per-CPU cache statistic.
3919  *
3920  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3921  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3922  * directly so that we don't have to.
3923  */
3924 static void
3925 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3926     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp, uint64_t *xdomainp)
3927 {
3928         uma_cache_t cache;
3929         uint64_t allocs, frees, sleeps, xdomain;
3930         int cachefree, cpu;
3931
3932         allocs = frees = sleeps = xdomain = 0;
3933         cachefree = 0;
3934         CPU_FOREACH(cpu) {
3935                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3936                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3937                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3938                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3939                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3940                 if (cache->uc_crossbucket != NULL) {
3941                         xdomain += cache->uc_crossbucket->ub_cnt;
3942                         cachefree += cache->uc_crossbucket->ub_cnt;
3943                 }
3944                 allocs += cache->uc_allocs;
3945                 frees += cache->uc_frees;
3946         }
3947         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
3948         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
3949         sleeps += z->uz_sleeps;
3950         xdomain += z->uz_xdomain;
3951         if (cachefreep != NULL)
3952                 *cachefreep = cachefree;
3953         if (allocsp != NULL)
3954                 *allocsp = allocs;
3955         if (freesp != NULL)
3956                 *freesp = frees;
3957         if (sleepsp != NULL)
3958                 *sleepsp = sleeps;
3959         if (xdomainp != NULL)
3960                 *xdomainp = xdomain;
3961 }
3962 #endif /* DDB */
3963
3964 static int
3965 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3966 {
3967         uma_keg_t kz;
3968         uma_zone_t z;
3969         int count;
3970
3971         count = 0;
3972         rw_rlock(&uma_rwlock);
3973         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3974                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3975                         count++;
3976         }
3977         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
3978                 count++;
3979
3980         rw_runlock(&uma_rwlock);
3981         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3982 }
3983
3984 static void
3985 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
3986     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
3987 {
3988         uma_zone_domain_t zdom;
3989         uma_cache_t cache;
3990         int i;
3991
3992
3993         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3994                 zdom = &z->uz_domain[i];
3995                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
3996         }
3997         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
3998         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
3999         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
4000         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
4001         uth->uth_xdomain = z->uz_xdomain;
4002         /*
4003          * While it is not normally safe to access the cache
4004          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
4005          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
4006          * without the zone lock held, not invalidated, so
4007          * accept the possible race associated with bucket
4008          * exchange during monitoring.
4009          */
4010         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
4011                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
4012                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
4013                         continue;
4014                 cache = &z->uz_cpu[i];
4015                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
4016                         ups[i].ups_cache_free +=
4017                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
4018                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
4019                         ups[i].ups_cache_free +=
4020                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
4021                 if (cache->uc_crossbucket != NULL)
4022                         ups[i].ups_cache_free +=
4023                             cache->uc_crossbucket->ub_cnt;
4024                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
4025                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
4026         }
4027 }
4028
4029 static int
4030 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4031 {
4032         struct uma_stream_header ush;
4033         struct uma_type_header uth;
4034         struct uma_percpu_stat *ups;
4035         struct sbuf sbuf;
4036         uma_keg_t kz;
4037         uma_zone_t z;
4038         int count, error, i;
4039
4040         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4041         if (error != 0)
4042                 return (error);
4043         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
4044         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
4045         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
4046
4047         count = 0;
4048         rw_rlock(&uma_rwlock);
4049         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4050                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
4051                         count++;
4052         }
4053
4054         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
4055                 count++;
4056
4057         /*
4058          * Insert stream header.
4059          */
4060         bzero(&ush, sizeof(ush));
4061         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
4062         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
4063         ush.ush_count = count;
4064         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
4065
4066         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4067                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4068                         bzero(&uth, sizeof(uth));
4069                         ZONE_LOCK(z);
4070                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
4071                         uth.uth_align = kz->uk_align;
4072                         uth.uth_size = kz->uk_size;
4073                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
4074                         if (z->uz_max_items > 0)
4075                                 uth.uth_pages = (z->uz_items / kz->uk_ipers) *
4076                                         kz->uk_ppera;
4077                         else
4078                                 uth.uth_pages = kz->uk_pages;
4079                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
4080                             kz->uk_ppera;
4081                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
4082                         uth.uth_keg_free = z->uz_keg->uk_free;
4083
4084                         /*
4085                          * A zone is secondary is it is not the first entry
4086                          * on the keg's zone list.
4087                          */
4088                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4089                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
4090                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
4091                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
4092                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
4093                         ZONE_UNLOCK(z);
4094                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4095                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4096                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4097                 }
4098         }
4099         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4100                 bzero(&uth, sizeof(uth));
4101                 ZONE_LOCK(z);
4102                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
4103                 uth.uth_size = z->uz_size;
4104                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
4105                 ZONE_UNLOCK(z);
4106                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4107                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4108                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4109         }
4110
4111         rw_runlock(&uma_rwlock);
4112         error = sbuf_finish(&sbuf);
4113         sbuf_delete(&sbuf);
4114         free(ups, M_TEMP);
4115         return (error);
4116 }
4117
4118 int
4119 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4120 {
4121         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4122         int error, max;
4123
4124         max = uma_zone_get_max(zone);
4125         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4126         if (error || !req->newptr)
4127                 return (error);
4128
4129         uma_zone_set_max(zone, max);
4130
4131         return (0);
4132 }
4133
4134 int
4135 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4136 {
4137         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4138         int cur;
4139
4140         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4141         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4142 }
4143
4144 #ifdef INVARIANTS
4145 static uma_slab_t
4146 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4147 {
4148         uma_slab_t slab;
4149         uma_keg_t keg;
4150         uint8_t *mem;
4151
4152         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4153         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4154                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4155         } else {
4156                 /*
4157                  * It is safe to return the slab here even though the
4158                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4159                  * essentially holds a reference.
4160                  */
4161                 if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
4162                         return (NULL);
4163                 ZONE_LOCK(zone);
4164                 keg = zone->uz_keg;
4165                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4166                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4167                 else
4168                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4169                 ZONE_UNLOCK(zone);
4170         }
4171
4172         return (slab);
4173 }
4174
4175 static bool
4176 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4177 {
4178
4179         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
4180                 return (true);
4181
4182         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
4183 }
4184
4185 static bool
4186 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4187 {
4188         uintptr_t idx;
4189
4190         if (dbg_divisor == 0)
4191                 return (true);
4192
4193         if (dbg_divisor == 1)
4194                 return (false);
4195
4196         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4197         if (keg->uk_ipers > 1) {
4198                 idx *= keg->uk_ipers;
4199                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4200         }
4201
4202         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4203                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4204                 return (true);
4205         }
4206         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4207
4208         return (false);
4209 }
4210
4211 /*
4212  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4213  *
4214  */
4215 static void
4216 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4217 {
4218         uma_keg_t keg;
4219         int freei;
4220
4221         if (slab == NULL) {
4222                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4223                 if (slab == NULL)
4224                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4225                             item, zone->uz_name);
4226         }
4227         keg = slab->us_keg;
4228         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4229
4230         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4231                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4232                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4233         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4234
4235         return;
4236 }
4237
4238 /*
4239  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4240  * and duplicate frees.
4241  *
4242  */
4243 static void
4244 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4245 {
4246         uma_keg_t keg;
4247         int freei;
4248
4249         if (slab == NULL) {
4250                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4251                 if (slab == NULL)
4252                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4253                             item, zone->uz_name);
4254         }
4255         keg = slab->us_keg;
4256         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4257
4258         if (freei >= keg->uk_ipers)
4259                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4260                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4261
4262         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4263                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4264                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4265
4266         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4267                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4268                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4269
4270         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4271 }
4272 #endif /* INVARIANTS */
4273
4274 #ifdef DDB
4275 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4276 {
4277         uma_keg_t kz;
4278         uma_zone_t z;
4279         uint64_t allocs, frees, sleeps, xdomain;
4280         long cachefree;
4281         int i;
4282
4283         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4284             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket", "XFree");
4285         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4286                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4287                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4288                                 allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
4289                                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
4290                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4291                                 cachefree = 0;
4292                         } else
4293                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4294                                     &frees, &sleeps, &xdomain);
4295                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4296                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4297                                 cachefree += kz->uk_free;
4298                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4299                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4300
4301                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u %8ju\n",
4302                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4303                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4304                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count, xdomain);
4305                         if (db_pager_quit)
4306                                 return;
4307                 }
4308         }
4309 }
4310
4311 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4312 {
4313         uma_zone_t z;
4314         uint64_t allocs, frees;
4315         long cachefree;
4316         int i;
4317
4318         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4319             "Requests", "Bucket");
4320         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4321                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL, NULL);
4322                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4323                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4324                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4325                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4326                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4327                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4328                 if (db_pager_quit)
4329                         return;
4330         }
4331 }
4332 #endif  /* DDB */