]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
MFC r357869:
[FreeBSD/FreeBSD.git] / 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 {
160         BOOT_COLD,
161         BOOT_STRAPPED,
162         BOOT_PAGEALLOC,
163         BOOT_BUCKETS,
164         BOOT_RUNNING,
165         BOOT_SHUTDOWN,
166 } booted = BOOT_COLD;
167
168 /*
169  * This is the handle used to schedule events that need to happen
170  * outside of the allocation fast path.
171  */
172 static struct callout uma_callout;
173 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
174
175 /*
176  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
177  * a special allocation function just for zones.
178  */
179 struct uma_zctor_args {
180         const char *name;
181         size_t size;
182         uma_ctor ctor;
183         uma_dtor dtor;
184         uma_init uminit;
185         uma_fini fini;
186         uma_import import;
187         uma_release release;
188         void *arg;
189         uma_keg_t keg;
190         int align;
191         uint32_t flags;
192 };
193
194 struct uma_kctor_args {
195         uma_zone_t zone;
196         size_t size;
197         uma_init uminit;
198         uma_fini fini;
199         int align;
200         uint32_t flags;
201 };
202
203 struct uma_bucket_zone {
204         uma_zone_t      ubz_zone;
205         char            *ubz_name;
206         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
207         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
208 };
209
210 /*
211  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
212  * of two sizes for more efficient space utilization.
213  */
214 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
215     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
216
217 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
218
219 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
220         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
221         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
222         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
223         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
224         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
225         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
226         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
227         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
228         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
229         { NULL, NULL, 0}
230 };
231
232 /*
233  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
234  */
235 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
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 uma_shutdown(void);
271 static void *zone_alloc_item(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);
279 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
280 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
281 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
282 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
283 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
284     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
285 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
286 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
287 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
288
289 void uma_print_zone(uma_zone_t);
290 void uma_print_stats(void);
291 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
292 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
293
294 #ifdef INVARIANTS
295 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
296 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
297 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
298 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
299
300 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
301     "Memory allocation debugging");
302
303 static u_int dbg_divisor = 1;
304 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
305     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
306     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
307
308 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
309 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
310 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
311     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
312 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
313     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
314 #endif
315
316 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
317
318 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
319     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
320
321 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
322     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
323
324 static int zone_warnings = 1;
325 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
326     "Warn when UMA zones becomes full");
327
328 /* Adjust bytes under management by UMA. */
329 static inline void
330 uma_total_dec(unsigned long size)
331 {
332
333         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
334 }
335
336 static inline void
337 uma_total_inc(unsigned long size)
338 {
339
340         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
341                 uma_reclaim_wakeup();
342 }
343
344 /*
345  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
346  */
347 static void
348 bucket_enable(void)
349 {
350         bucketdisable = vm_page_count_min();
351 }
352
353 /*
354  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
355  *
356  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
357  * of the header and an array of pointers.
358  */
359 static void
360 bucket_init(void)
361 {
362         struct uma_bucket_zone *ubz;
363         int size;
364
365         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
366                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
367                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
368                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
369                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
370                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
371         }
372 }
373
374 /*
375  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
376  * to allocate the bucket.
377  */
378 static struct uma_bucket_zone *
379 bucket_zone_lookup(int entries)
380 {
381         struct uma_bucket_zone *ubz;
382
383         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
384                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
385                         return (ubz);
386         ubz--;
387         return (ubz);
388 }
389
390 static int
391 bucket_select(int size)
392 {
393         struct uma_bucket_zone *ubz;
394
395         ubz = &bucket_zones[0];
396         if (size > ubz->ubz_maxsize)
397                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
398
399         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
400                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
401                         break;
402         ubz--;
403         return (ubz->ubz_entries);
404 }
405
406 static uma_bucket_t
407 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
408 {
409         struct uma_bucket_zone *ubz;
410         uma_bucket_t bucket;
411
412         /*
413          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
414          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
415          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
416          * low memory situations.
417          */
418         if (bucketdisable)
419                 return (NULL);
420         /*
421          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
422          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
423          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
424          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
425          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
426          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
427          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
428          * free path.
429          */
430         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
431                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
432         else {
433                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
434                         return (NULL);
435                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
436         }
437         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
438                 flags |= M_NOVM;
439         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
440         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
441                 ubz++;
442         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
443         if (bucket) {
444 #ifdef INVARIANTS
445                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
446 #endif
447                 bucket->ub_cnt = 0;
448                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
449         }
450
451         return (bucket);
452 }
453
454 static void
455 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
456 {
457         struct uma_bucket_zone *ubz;
458
459         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
460             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
461         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
462                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
463         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
464         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
465 }
466
467 static void
468 bucket_zone_drain(void)
469 {
470         struct uma_bucket_zone *ubz;
471
472         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
473                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
474 }
475
476 static uma_bucket_t
477 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
478 {
479         uma_bucket_t bucket;
480
481         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
482
483         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
484                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
485                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
486                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
487                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
488                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
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
500         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
501         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
502         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
503                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
504 }
505
506 static void
507 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
508 {
509         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
510
511         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
512                 return;
513
514         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
515                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
516 }
517
518 static inline void
519 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
520 {
521
522         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
523                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
524 }
525
526 static void
527 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
528 {
529         uma_klink_t klink;
530
531         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
532                 kegfn(klink->kl_keg);
533 }
534
535 /*
536  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
537  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
538  *
539  * Arguments:
540  *      arg   Unused
541  *
542  * Returns:
543  *      Nothing
544  */
545 static void
546 uma_timeout(void *unused)
547 {
548         bucket_enable();
549         zone_foreach(zone_timeout);
550
551         /* Reschedule this event */
552         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
553 }
554
555 /*
556  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
557  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
558  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
559  * last 100s.
560  */
561 static void
562 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
563 {
564         long wss;
565
566         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
567         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
568         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
569         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
570 }
571
572 /*
573  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
574  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
575  *
576  *  Returns nothing.
577  */
578 static void
579 keg_timeout(uma_keg_t keg)
580 {
581         u_int slabs;
582
583         KEG_LOCK(keg);
584         /*
585          * Expand the keg hash table.
586          *
587          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
588          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
589          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
590          */
591         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
592             (slabs = keg->uk_pages / keg->uk_ppera) >
593              keg->uk_hash.uh_hashsize) {
594                 struct uma_hash newhash;
595                 struct uma_hash oldhash;
596                 int ret;
597
598                 /*
599                  * This is so involved because allocating and freeing
600                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
601                  * I have to do everything in stages and check for
602                  * races.
603                  */
604                 KEG_UNLOCK(keg);
605                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
606                 KEG_LOCK(keg);
607                 if (ret) {
608                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
609                                 oldhash = keg->uk_hash;
610                                 keg->uk_hash = newhash;
611                         } else
612                                 oldhash = newhash;
613
614                         KEG_UNLOCK(keg);
615                         hash_free(&oldhash);
616                         return;
617                 }
618         }
619         KEG_UNLOCK(keg);
620 }
621
622 static void
623 zone_timeout(uma_zone_t zone)
624 {
625         int i;
626
627         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
628
629         ZONE_LOCK(zone);
630         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
631                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
632         ZONE_UNLOCK(zone);
633 }
634
635 /*
636  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
637  * backing store.
638  *
639  * Arguments:
640  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
641  *
642  * Returns:
643  *      1 on success and 0 on failure.
644  */
645 static int
646 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
647 {
648         size_t alloc;
649
650         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
651         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
652                 hash->uh_hashsize = size;
653                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
654                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
655                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
656         } else {
657                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
658                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
659                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
660                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
661         }
662         if (hash->uh_slab_hash) {
663                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
664                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
665                 return (1);
666         }
667
668         return (0);
669 }
670
671 /*
672  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
673  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
674  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
675  *
676  * Arguments:
677  *      oldhash  The hash you want to expand
678  *      newhash  The hash structure for the new table
679  *
680  * Returns:
681  *      Nothing
682  *
683  * Discussion:
684  */
685 static int
686 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
687 {
688         uma_slab_t slab;
689         u_int hval;
690         u_int idx;
691
692         if (!newhash->uh_slab_hash)
693                 return (0);
694
695         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
696                 return (0);
697
698         /*
699          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
700          * full rehash.
701          */
702
703         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
704                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
705                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
706                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[idx], us_hlink);
707                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
708                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
709                             slab, us_hlink);
710                 }
711
712         return (1);
713 }
714
715 /*
716  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
717  *
718  * Arguments:
719  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
720  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
721  *
722  * Returns:
723  *      Nothing
724  */
725 static void
726 hash_free(struct uma_hash *hash)
727 {
728         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
729                 return;
730         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
731                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
732         else
733                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
734 }
735
736 /*
737  * Frees all outstanding items in a bucket
738  *
739  * Arguments:
740  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
741  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
742  *
743  * Returns:
744  *      Nothing
745  */
746
747 static void
748 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
749 {
750         int i;
751
752         if (bucket == NULL)
753                 return;
754
755         if (zone->uz_fini)
756                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
757                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
758         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
759         bucket->ub_cnt = 0;
760 }
761
762 /*
763  * Drains the per cpu caches for a zone.
764  *
765  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
766  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
767  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
768  *
769  * Arguments:
770  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
771  *
772  * Returns:
773  *      Nothing
774  */
775 static void
776 cache_drain(uma_zone_t zone)
777 {
778         uma_cache_t cache;
779         int cpu;
780
781         /*
782          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
783          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
784          * of the caches at this point.
785          *
786          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
787          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
788          *
789          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
790          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
791          * there in some form?
792          */
793         CPU_FOREACH(cpu) {
794                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
795                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
796                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
797                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
798                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
799                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
800                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
801                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
802         }
803         ZONE_LOCK(zone);
804         bucket_cache_drain(zone);
805         ZONE_UNLOCK(zone);
806 }
807
808 static void
809 cache_shrink(uma_zone_t zone)
810 {
811
812         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
813                 return;
814
815         ZONE_LOCK(zone);
816         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
817         ZONE_UNLOCK(zone);
818 }
819
820 static void
821 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
822 {
823         uma_cache_t cache;
824         uma_bucket_t b1, b2;
825         int domain;
826
827         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
828                 return;
829
830         b1 = b2 = NULL;
831         ZONE_LOCK(zone);
832         critical_enter();
833         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
834                 domain = PCPU_GET(domain);
835         else
836                 domain = 0;
837         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
838         if (cache->uc_allocbucket) {
839                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
840                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
841                             cache->uc_allocbucket, false);
842                 else
843                         b1 = cache->uc_allocbucket;
844                 cache->uc_allocbucket = NULL;
845         }
846         if (cache->uc_freebucket) {
847                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
848                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
849                             cache->uc_freebucket, false);
850                 else
851                         b2 = cache->uc_freebucket;
852                 cache->uc_freebucket = NULL;
853         }
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 }
861
862 /*
863  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
864  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
865  * one by one and enter a critical section on each of them in order
866  * to safely access their cache buckets.
867  * Zone lock must not be held on call this function.
868  */
869 static void
870 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
871 {
872         int cpu;
873
874         /*
875          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
876          */
877         if (zone)
878                 cache_shrink(zone);
879         else
880                 zone_foreach(cache_shrink);
881
882         CPU_FOREACH(cpu) {
883                 thread_lock(curthread);
884                 sched_bind(curthread, cpu);
885                 thread_unlock(curthread);
886
887                 if (zone)
888                         cache_drain_safe_cpu(zone);
889                 else
890                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
891         }
892         thread_lock(curthread);
893         sched_unbind(curthread);
894         thread_unlock(curthread);
895 }
896
897 /*
898  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
899  */
900 static void
901 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
902 {
903         uma_zone_domain_t zdom;
904         uma_bucket_t bucket;
905         int i;
906
907         /*
908          * Drain the bucket queues and free the buckets.
909          */
910         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
911                 zdom = &zone->uz_domain[i];
912                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
913                     NULL) {
914                         ZONE_UNLOCK(zone);
915                         bucket_drain(zone, bucket);
916                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
917                         ZONE_LOCK(zone);
918                 }
919         }
920
921         /*
922          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
923          * is probably lower then price of global cache drain.
924          */
925         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
926                 zone->uz_count--;
927 }
928
929 static void
930 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
931 {
932         uint8_t *mem;
933         int i;
934         uint8_t flags;
935
936         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
937             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
938
939         mem = slab->us_data;
940         flags = slab->us_flags;
941         i = start;
942         if (keg->uk_fini != NULL) {
943                 for (i--; i > -1; i--)
944 #ifdef INVARIANTS
945                 /*
946                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
947                  * would check that memory hasn't been modified since free,
948                  * which executed trash_dtor.
949                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
950                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
951                  * invocations.
952                  */
953                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
954                     keg->uk_fini != trash_fini)
955 #endif
956                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
957                             keg->uk_size);
958         }
959         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
960                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
961         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
962         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
963 }
964
965 /*
966  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
967  * the pageout daemon.
968  *
969  * Returns nothing.
970  */
971 static void
972 keg_drain(uma_keg_t keg)
973 {
974         struct slabhead freeslabs = { 0 };
975         uma_domain_t dom;
976         uma_slab_t slab, tmp;
977         int i;
978
979         /*
980          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
981          * time
982          */
983         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
984                 return;
985
986         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
987             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
988         KEG_LOCK(keg);
989         if (keg->uk_free == 0)
990                 goto finished;
991
992         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
993                 dom = &keg->uk_domain[i];
994                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
995                         /* We have nowhere to free these to. */
996                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
997                                 continue;
998
999                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
1000                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
1001                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
1002
1003                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1004                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
1005                                     slab->us_data);
1006
1007                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
1008                 }
1009         }
1010
1011 finished:
1012         KEG_UNLOCK(keg);
1013
1014         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1015                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1016                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1017         }
1018 }
1019
1020 static void
1021 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1022 {
1023
1024         /*
1025          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1026          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1027          * is the only call that knows the structure will still be available
1028          * when it wakes up.
1029          */
1030         ZONE_LOCK(zone);
1031         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1032                 if (waitok == M_NOWAIT)
1033                         goto out;
1034                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1035         }
1036         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1037         bucket_cache_drain(zone);
1038         ZONE_UNLOCK(zone);
1039         /*
1040          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1041          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1042          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1043          */
1044         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
1045         ZONE_LOCK(zone);
1046         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1047         wakeup(zone);
1048 out:
1049         ZONE_UNLOCK(zone);
1050 }
1051
1052 void
1053 zone_drain(uma_zone_t zone)
1054 {
1055
1056         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1057 }
1058
1059 /*
1060  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1061  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1062  * otherwise the keg will be left unlocked.
1063  *
1064  * Arguments:
1065  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1066  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1067  *
1068  * Returns:
1069  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1070  *      caller specified M_NOWAIT.
1071  */
1072 static uma_slab_t
1073 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1074     int aflags)
1075 {
1076         uma_alloc allocf;
1077         uma_slab_t slab;
1078         unsigned long size;
1079         uint8_t *mem;
1080         uint8_t sflags;
1081         int i;
1082
1083         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1084             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1085         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
1086
1087         allocf = keg->uk_allocf;
1088         KEG_UNLOCK(keg);
1089
1090         slab = NULL;
1091         mem = NULL;
1092         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1093                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, aflags);
1094                 if (slab == NULL)
1095                         goto out;
1096         }
1097
1098         /*
1099          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1100          * first time they are added to a zone.
1101          *
1102          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1103          */
1104
1105         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1106                 aflags |= M_ZERO;
1107         else
1108                 aflags &= ~M_ZERO;
1109
1110         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1111                 aflags |= M_NODUMP;
1112
1113         /* zone is passed for legacy reasons. */
1114         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1115         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1116         if (mem == NULL) {
1117                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1118                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1119                 slab = NULL;
1120                 goto out;
1121         }
1122         uma_total_inc(size);
1123
1124         /* Point the slab into the allocated memory */
1125         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1126                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1127
1128         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1129                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1130                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1131
1132         slab->us_keg = keg;
1133         slab->us_data = mem;
1134         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1135         slab->us_flags = sflags;
1136         slab->us_domain = domain;
1137         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1138 #ifdef INVARIANTS
1139         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1140 #endif
1141
1142         if (keg->uk_init != NULL) {
1143                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1144                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1145                             keg->uk_size, flags) != 0)
1146                                 break;
1147                 if (i != keg->uk_ipers) {
1148                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1149                         slab = NULL;
1150                         goto out;
1151                 }
1152         }
1153         KEG_LOCK(keg);
1154
1155         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1156             slab, keg->uk_name, keg);
1157
1158         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1159                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1160
1161         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1162         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1163
1164 out:
1165         return (slab);
1166 }
1167
1168 /*
1169  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1170  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1171  * the VM is ready.
1172  */
1173 static void *
1174 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1175     int wait)
1176 {
1177         uma_keg_t keg;
1178         void *mem;
1179         int pages;
1180
1181         keg = zone_first_keg(zone);
1182
1183         /*
1184          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1185          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1186          */
1187         switch (booted) {
1188                 case BOOT_COLD:
1189                 case BOOT_STRAPPED:
1190                         break;
1191                 case BOOT_PAGEALLOC:
1192                         if (keg->uk_ppera > 1)
1193                                 break;
1194                 default:
1195 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1196                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1197                             page_alloc : uma_small_alloc;
1198 #else
1199                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1200 #endif
1201                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1202         }
1203
1204         /*
1205          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1206          */
1207         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1208         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1209         if (pages > boot_pages)
1210                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1211 #ifdef DIAGNOSTIC
1212         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1213             boot_pages);
1214 #endif
1215         mem = bootmem;
1216         boot_pages -= pages;
1217         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1218         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1219
1220         return (mem);
1221 }
1222
1223 /*
1224  * Allocates a number of pages from the system
1225  *
1226  * Arguments:
1227  *      bytes  The number of bytes requested
1228  *      wait  Shall we wait?
1229  *
1230  * Returns:
1231  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1232  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1233  */
1234 static void *
1235 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1236     int wait)
1237 {
1238         void *p;        /* Returned page */
1239
1240         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1241         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1242
1243         return (p);
1244 }
1245
1246 static void *
1247 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1248     int wait)
1249 {
1250         struct pglist alloctail;
1251         vm_offset_t addr, zkva;
1252         int cpu, flags;
1253         vm_page_t p, p_next;
1254 #ifdef NUMA
1255         struct pcpu *pc;
1256 #endif
1257
1258         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1259
1260         TAILQ_INIT(&alloctail);
1261         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1262             malloc2vm_flags(wait);
1263         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1264         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1265                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1266                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1267                 } else {
1268 #ifndef NUMA
1269                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1270 #else
1271                         pc = pcpu_find(cpu);
1272                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1273                         if (__predict_false(p == NULL))
1274                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1275 #endif
1276                 }
1277                 if (__predict_false(p == NULL))
1278                         goto fail;
1279                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1280         }
1281         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1282                 goto fail;
1283         zkva = addr;
1284         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1285                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1286                 zkva += PAGE_SIZE;
1287         }
1288         return ((void*)addr);
1289 fail:
1290         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1291                 vm_page_unwire_noq(p);
1292                 vm_page_free(p);
1293         }
1294         return (NULL);
1295 }
1296
1297 /*
1298  * Allocates a number of pages from within an object
1299  *
1300  * Arguments:
1301  *      bytes  The number of bytes requested
1302  *      wait   Shall we wait?
1303  *
1304  * Returns:
1305  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1306  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1307  */
1308 static void *
1309 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1310     int wait)
1311 {
1312         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1313         u_long npages;
1314         vm_offset_t retkva, zkva;
1315         vm_page_t p, p_next;
1316         uma_keg_t keg;
1317
1318         TAILQ_INIT(&alloctail);
1319         keg = zone_first_keg(zone);
1320
1321         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1322         while (npages > 0) {
1323                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1324                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1325                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1326                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1327                 if (p != NULL) {
1328                         /*
1329                          * Since the page does not belong to an object, its
1330                          * listq is unused.
1331                          */
1332                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1333                         npages--;
1334                         continue;
1335                 }
1336                 /*
1337                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1338                  * exit.
1339                  */
1340                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1341                         vm_page_unwire_noq(p);
1342                         vm_page_free(p); 
1343                 }
1344                 return (NULL);
1345         }
1346         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1347         zkva = keg->uk_kva +
1348             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1349         retkva = zkva;
1350         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1351                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1352                 zkva += PAGE_SIZE;
1353         }
1354
1355         return ((void *)retkva);
1356 }
1357
1358 /*
1359  * Frees a number of pages to the system
1360  *
1361  * Arguments:
1362  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1363  *      size  The size of the memory being freed
1364  *      flags The original p->us_flags field
1365  *
1366  * Returns:
1367  *      Nothing
1368  */
1369 static void
1370 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1371 {
1372
1373         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1374                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1375
1376         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1377 }
1378
1379 /*
1380  * Frees pcpu zone allocations
1381  *
1382  * Arguments:
1383  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1384  *      size  The size of the memory being freed
1385  *      flags The original p->us_flags field
1386  *
1387  * Returns:
1388  *      Nothing
1389  */
1390 static void
1391 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1392 {
1393         vm_offset_t sva, curva;
1394         vm_paddr_t paddr;
1395         vm_page_t m;
1396
1397         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1398         sva = (vm_offset_t)mem;
1399         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1400                 paddr = pmap_kextract(curva);
1401                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1402                 vm_page_unwire_noq(m);
1403                 vm_page_free(m);
1404         }
1405         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1406         kva_free(sva, size);
1407 }
1408
1409
1410 /*
1411  * Zero fill initializer
1412  *
1413  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1414  */
1415 static int
1416 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1417 {
1418         bzero(mem, size);
1419         return (0);
1420 }
1421
1422 /*
1423  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1424  *
1425  * Arguments
1426  *      keg  The zone we should initialize
1427  *
1428  * Returns
1429  *      Nothing
1430  */
1431 static void
1432 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1433 {
1434         u_int rsize;
1435         u_int memused;
1436         u_int wastedspace;
1437         u_int shsize;
1438         u_int slabsize;
1439
1440         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1441                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1442
1443                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1444                 keg->uk_ppera = ncpus;
1445         } else {
1446                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1447                 keg->uk_ppera = 1;
1448         }
1449
1450         /*
1451          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1452          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1453          * allocation bits for we round it up.
1454          */
1455         rsize = keg->uk_size;
1456         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1457                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1458         if (rsize & keg->uk_align)
1459                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1460         keg->uk_rsize = rsize;
1461
1462         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1463             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1464             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1465
1466         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1467                 shsize = 0;
1468         else 
1469                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1470
1471         if (rsize <= slabsize - shsize)
1472                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1473         else {
1474                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1475                  * alignment requirement can be relaxed. */
1476                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1477                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1478                 keg->uk_ipers = 1;
1479         }
1480         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1481             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1482
1483         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1484         wastedspace = slabsize - memused;
1485
1486         /*
1487          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1488          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1489          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1490          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1491          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1492          */
1493         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1494             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1495                 return;
1496
1497         /*
1498          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1499          * this if it permits more items per-slab.
1500          *
1501          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1502          * Historically this was not done because the VM could not
1503          * efficiently handle contiguous allocations.
1504          */
1505         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1506             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1507                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1508                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1509                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1510                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1511                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1512                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1513                     "calculated ipers = %d, "
1514                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1515                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1516                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1517                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1518         }
1519
1520         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1521             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1522                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1523 }
1524
1525 /*
1526  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1527  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1528  * more complicated.
1529  *
1530  * Arguments
1531  *      keg  The keg we should initialize
1532  *
1533  * Returns
1534  *      Nothing
1535  */
1536 static void
1537 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1538 {
1539         u_int shsize;
1540
1541         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1542         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1543             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1544         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1545             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1546
1547         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1548         keg->uk_ipers = 1;
1549         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1550
1551         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1552         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1553                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1554                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1555                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1556                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1557
1558                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1559                         /*
1560                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1561                          * we need an extra page per allocation to contain the
1562                          * slab header.
1563                          */
1564                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1565                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1566                         else
1567                                 keg->uk_ppera++;
1568                 }
1569         }
1570
1571         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1572             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1573                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1574 }
1575
1576 static void
1577 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1578 {
1579         int alignsize;
1580         int trailer;
1581         int pages;
1582         int rsize;
1583
1584         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1585             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1586
1587         alignsize = keg->uk_align + 1;
1588         rsize = keg->uk_size;
1589         /*
1590          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1591          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1592          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1593          * would fall on the same boundary every time.
1594          */
1595         if (rsize & keg->uk_align)
1596                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1597         if ((rsize & alignsize) == 0)
1598                 rsize += alignsize;
1599         trailer = rsize - keg->uk_size;
1600         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1601         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1602         keg->uk_rsize = rsize;
1603         keg->uk_ppera = pages;
1604         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1605         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1606         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1607             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1608             keg->uk_ipers));
1609 }
1610
1611 /*
1612  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1613  * the keg onto the global keg list.
1614  *
1615  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1616  *      udata  Actually uma_kctor_args
1617  */
1618 static int
1619 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1620 {
1621         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1622         uma_keg_t keg = mem;
1623         uma_zone_t zone;
1624
1625         bzero(keg, size);
1626         keg->uk_size = arg->size;
1627         keg->uk_init = arg->uminit;
1628         keg->uk_fini = arg->fini;
1629         keg->uk_align = arg->align;
1630         keg->uk_free = 0;
1631         keg->uk_reserve = 0;
1632         keg->uk_pages = 0;
1633         keg->uk_flags = arg->flags;
1634         keg->uk_slabzone = NULL;
1635
1636         /*
1637          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1638          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1639          * iterator is never run.
1640          */
1641         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1642         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1643
1644         /*
1645          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1646          */
1647         zone = arg->zone;
1648         keg->uk_name = zone->uz_name;
1649
1650         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1651                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1652
1653         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1654                 keg->uk_init = zero_init;
1655
1656         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1657                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1658
1659         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1660 #ifdef SMP
1661                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1662 #else
1663                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1664 #endif
1665
1666         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1667                 keg_cachespread_init(keg);
1668         } else {
1669                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1670                         keg_large_init(keg);
1671                 else
1672                         keg_small_init(keg);
1673         }
1674
1675         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1676                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1677
1678         /*
1679          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1680          * startup cache until the vm is ready.
1681          */
1682         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1683                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1684 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1685         else if (keg->uk_ppera == 1)
1686                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1687 #endif
1688         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1689                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1690         else
1691                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1692 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1693         if (keg->uk_ppera == 1)
1694                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1695         else
1696 #endif
1697         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1698                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1699         else
1700                 keg->uk_freef = page_free;
1701
1702         /*
1703          * Initialize keg's lock
1704          */
1705         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1706
1707         /*
1708          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1709          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1710          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1711          */
1712         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1713                 u_int totsize;
1714
1715                 /* Size of the slab struct and free list */
1716                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1717
1718                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1719                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1720                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1721                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1722
1723                 /*
1724                  * The only way the following is possible is if with our
1725                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1726                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1727                  * mathematically possible for all cases, so we make
1728                  * sure here anyway.
1729                  */
1730                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1731                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1732                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1733                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1734                             keg->uk_size);
1735                         panic("UMA slab won't fit.");
1736                 }
1737         }
1738
1739         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1740                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
1741
1742         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1743             keg, zone->uz_name, zone,
1744             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1745             keg->uk_free);
1746
1747         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1748
1749         rw_wlock(&uma_rwlock);
1750         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1751         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1752         return (0);
1753 }
1754
1755 /*
1756  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1757  *
1758  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1759  *      udata  Actually uma_zctor_args
1760  */
1761 static int
1762 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1763 {
1764         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1765         uma_zone_t zone = mem;
1766         uma_zone_t z;
1767         uma_keg_t keg;
1768
1769         bzero(zone, size);
1770         zone->uz_name = arg->name;
1771         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1772         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1773         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1774         zone->uz_init = NULL;
1775         zone->uz_fini = NULL;
1776         zone->uz_allocs = 0;
1777         zone->uz_frees = 0;
1778         zone->uz_fails = 0;
1779         zone->uz_sleeps = 0;
1780         zone->uz_count = 0;
1781         zone->uz_count_min = 0;
1782         zone->uz_flags = 0;
1783         zone->uz_warning = NULL;
1784         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1785         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1786         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1787         keg = arg->keg;
1788
1789         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1790
1791         /*
1792          * This is a pure cache zone, no kegs.
1793          */
1794         if (arg->import) {
1795                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1796                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1797                 zone->uz_flags = arg->flags;
1798                 zone->uz_size = arg->size;
1799                 zone->uz_import = arg->import;
1800                 zone->uz_release = arg->release;
1801                 zone->uz_arg = arg->arg;
1802                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1803                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1804                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1805                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1806                 goto out;
1807         }
1808
1809         /*
1810          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1811          */
1812         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1813         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1814         zone->uz_arg = zone; 
1815
1816         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1817                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1818                 zone->uz_init = arg->uminit;
1819                 zone->uz_fini = arg->fini;
1820                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1821                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1822                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1823                 ZONE_LOCK(zone);
1824                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1825                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1826                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1827                                 break;
1828                         }
1829                 }
1830                 ZONE_UNLOCK(zone);
1831                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1832         } else if (keg == NULL) {
1833                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1834                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1835                         return (ENOMEM);
1836         } else {
1837                 struct uma_kctor_args karg;
1838                 int error;
1839
1840                 /* We should only be here from uma_startup() */
1841                 karg.size = arg->size;
1842                 karg.uminit = arg->uminit;
1843                 karg.fini = arg->fini;
1844                 karg.align = arg->align;
1845                 karg.flags = arg->flags;
1846                 karg.zone = zone;
1847                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1848                     flags);
1849                 if (error)
1850                         return (error);
1851         }
1852
1853         /*
1854          * Link in the first keg.
1855          */
1856         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1857         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1858         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1859         zone->uz_size = keg->uk_size;
1860         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1861             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1862
1863         /*
1864          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1865          * caches.  If we're internal, bail out here.
1866          */
1867         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1868                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1869                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1870                 return (0);
1871         }
1872
1873 out:
1874         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1875             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1876             ("Invalid zone flag combination"));
1877         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1878                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1879         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1880                 zone->uz_count = 0;
1881         else
1882                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1883         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1884
1885         return (0);
1886 }
1887
1888 /*
1889  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1890  * table and removes the keg from the global list.
1891  *
1892  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1893  *      udata  unused
1894  */
1895 static void
1896 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1897 {
1898         uma_keg_t keg;
1899
1900         keg = (uma_keg_t)arg;
1901         KEG_LOCK(keg);
1902         if (keg->uk_free != 0) {
1903                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1904                     " Lost %d pages of memory.\n",
1905                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1906                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1907         }
1908         KEG_UNLOCK(keg);
1909
1910         hash_free(&keg->uk_hash);
1911
1912         KEG_LOCK_FINI(keg);
1913 }
1914
1915 /*
1916  * Zone header dtor.
1917  *
1918  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1919  *      udata  unused
1920  */
1921 static void
1922 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1923 {
1924         uma_klink_t klink;
1925         uma_zone_t zone;
1926         uma_keg_t keg;
1927
1928         zone = (uma_zone_t)arg;
1929         keg = zone_first_keg(zone);
1930
1931         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1932                 cache_drain(zone);
1933
1934         rw_wlock(&uma_rwlock);
1935         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1936         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1937         /*
1938          * XXX there are some races here where
1939          * the zone can be drained but zone lock
1940          * released and then refilled before we
1941          * remove it... we dont care for now
1942          */
1943         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1944         /*
1945          * Unlink all of our kegs.
1946          */
1947         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1948                 klink->kl_keg = NULL;
1949                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1950                 if (klink == &zone->uz_klink)
1951                         continue;
1952                 free(klink, M_TEMP);
1953         }
1954         /*
1955          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1956          */
1957         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1958                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1959                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1960                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1961                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1962         }
1963         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1964 }
1965
1966 /*
1967  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1968  *
1969  * Arguments:
1970  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1971  *              as an argument.
1972  *
1973  * Returns:
1974  *      Nothing
1975  */
1976 static void
1977 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1978 {
1979         uma_keg_t keg;
1980         uma_zone_t zone;
1981
1982         rw_rlock(&uma_rwlock);
1983         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1984                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1985                         zfunc(zone);
1986         }
1987         rw_runlock(&uma_rwlock);
1988 }
1989
1990 /*
1991  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1992  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1993  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1994  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1995  */
1996 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1997 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1998 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1999 static int zsize, ksize;
2000 int
2001 uma_startup_count(int vm_zones)
2002 {
2003         int zones, pages;
2004
2005         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2006             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2007         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2008             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2009             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2010
2011         /*
2012          * Memory for the zone of kegs and its keg,
2013          * and for zone of zones.
2014          */
2015         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
2016             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
2017
2018 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
2019         zones = UMA_BOOT_ZONES;
2020 #else
2021         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
2022         vm_zones = 0;
2023 #endif
2024
2025         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
2026         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE)
2027                 pages += (zones + vm_zones) *
2028                     howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), UMA_SLAB_SIZE);
2029         else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
2030                 pages += zones;
2031         else
2032                 pages += howmany(zones,
2033                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
2034
2035         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
2036         pages += howmany(zones + 1,
2037             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
2038
2039         /*
2040          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
2041          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
2042          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
2043          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2044          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2045          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2046          */
2047         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2048             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2049
2050         return (pages);
2051 }
2052
2053 void
2054 uma_startup(void *mem, int npages)
2055 {
2056         struct uma_zctor_args args;
2057         uma_keg_t masterkeg;
2058         uintptr_t m;
2059
2060 #ifdef DIAGNOSTIC
2061         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2062 #endif
2063
2064         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2065
2066         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2067         m = (uintptr_t)mem;
2068         zones = (uma_zone_t)m;
2069         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2070         kegs = (uma_zone_t)m;
2071         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2072         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2073         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2074         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2075         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2076         mem = (void *)m;
2077
2078         /* "manually" create the initial zone */
2079         memset(&args, 0, sizeof(args));
2080         args.name = "UMA Kegs";
2081         args.size = ksize;
2082         args.ctor = keg_ctor;
2083         args.dtor = keg_dtor;
2084         args.uminit = zero_init;
2085         args.fini = NULL;
2086         args.keg = masterkeg;
2087         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2088         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2089         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2090
2091         bootmem = mem;
2092         boot_pages = npages;
2093
2094         args.name = "UMA Zones";
2095         args.size = zsize;
2096         args.ctor = zone_ctor;
2097         args.dtor = zone_dtor;
2098         args.uminit = zero_init;
2099         args.fini = NULL;
2100         args.keg = NULL;
2101         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2102         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2103         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2104
2105         /* Now make a zone for slab headers */
2106         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2107                                 sizeof(struct uma_slab),
2108                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2109                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2110
2111         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2112             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2113             NULL, NULL, NULL, NULL,
2114             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2115
2116         bucket_init();
2117
2118         booted = BOOT_STRAPPED;
2119 }
2120
2121 void
2122 uma_startup1(void)
2123 {
2124
2125 #ifdef DIAGNOSTIC
2126         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2127 #endif
2128         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2129 }
2130
2131 void
2132 uma_startup2(void)
2133 {
2134
2135 #ifdef DIAGNOSTIC
2136         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2137 #endif
2138         booted = BOOT_BUCKETS;
2139         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2140         bucket_enable();
2141 }
2142
2143 static void
2144 uma_startup3(void)
2145 {
2146
2147 #ifdef INVARIANTS
2148         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2149         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2150         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2151 #endif
2152         callout_init(&uma_callout, 1);
2153         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2154         booted = BOOT_RUNNING;
2155
2156         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, uma_shutdown, NULL,
2157             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
2158 }
2159
2160 static void
2161 uma_shutdown(void)
2162 {
2163
2164         booted = BOOT_SHUTDOWN;
2165 }
2166
2167 static uma_keg_t
2168 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2169                 int align, uint32_t flags)
2170 {
2171         struct uma_kctor_args args;
2172
2173         args.size = size;
2174         args.uminit = uminit;
2175         args.fini = fini;
2176         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2177         args.flags = flags;
2178         args.zone = zone;
2179         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2180 }
2181
2182 /* Public functions */
2183 /* See uma.h */
2184 void
2185 uma_set_align(int align)
2186 {
2187
2188         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2189                 uma_align_cache = align;
2190 }
2191
2192 /* See uma.h */
2193 uma_zone_t
2194 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2195                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2196
2197 {
2198         struct uma_zctor_args args;
2199         uma_zone_t res;
2200         bool locked;
2201
2202         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2203             align, name));
2204
2205         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2206         memset(&args, 0, sizeof(args));
2207         args.name = name;
2208         args.size = size;
2209         args.ctor = ctor;
2210         args.dtor = dtor;
2211         args.uminit = uminit;
2212         args.fini = fini;
2213 #ifdef  INVARIANTS
2214         /*
2215          * If a zone is being created with an empty constructor and
2216          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2217          * memory use after free.
2218          */
2219         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2220             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2221                 args.ctor = trash_ctor;
2222                 args.dtor = trash_dtor;
2223                 args.uminit = trash_init;
2224                 args.fini = trash_fini;
2225         }
2226 #endif
2227         args.align = align;
2228         args.flags = flags;
2229         args.keg = NULL;
2230
2231         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2232                 locked = false;
2233         } else {
2234                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2235                 locked = true;
2236         }
2237         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2238         if (locked)
2239                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2240         return (res);
2241 }
2242
2243 /* See uma.h */
2244 uma_zone_t
2245 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2246                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2247 {
2248         struct uma_zctor_args args;
2249         uma_keg_t keg;
2250         uma_zone_t res;
2251         bool locked;
2252
2253         keg = zone_first_keg(master);
2254         memset(&args, 0, sizeof(args));
2255         args.name = name;
2256         args.size = keg->uk_size;
2257         args.ctor = ctor;
2258         args.dtor = dtor;
2259         args.uminit = zinit;
2260         args.fini = zfini;
2261         args.align = keg->uk_align;
2262         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2263         args.keg = keg;
2264
2265         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2266                 locked = false;
2267         } else {
2268                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2269                 locked = true;
2270         }
2271         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2272         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2273         if (locked)
2274                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2275         return (res);
2276 }
2277
2278 /* See uma.h */
2279 uma_zone_t
2280 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2281                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2282                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2283 {
2284         struct uma_zctor_args args;
2285
2286         memset(&args, 0, sizeof(args));
2287         args.name = name;
2288         args.size = size;
2289         args.ctor = ctor;
2290         args.dtor = dtor;
2291         args.uminit = zinit;
2292         args.fini = zfini;
2293         args.import = zimport;
2294         args.release = zrelease;
2295         args.arg = arg;
2296         args.align = 0;
2297         args.flags = flags;
2298
2299         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2300 }
2301
2302 static void
2303 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2304 {
2305         if (a < b) {
2306                 ZONE_LOCK(a);
2307                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2308         } else {
2309                 ZONE_LOCK(b);
2310                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2311         }
2312 }
2313
2314 static void
2315 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2316 {
2317
2318         ZONE_UNLOCK(a);
2319         ZONE_UNLOCK(b);
2320 }
2321
2322 int
2323 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2324 {
2325         uma_klink_t klink;
2326         uma_klink_t kl;
2327         int error;
2328
2329         error = 0;
2330         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2331
2332         zone_lock_pair(zone, master);
2333         /*
2334          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2335          * a secondary.
2336          */
2337         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2338             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2339                 error = EINVAL;
2340                 goto out;
2341         }
2342         /*
2343          * The new master must also use vtoslab().
2344          */
2345         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2346                 error = EINVAL;
2347                 goto out;
2348         }
2349
2350         /*
2351          * The underlying object must be the same size.  rsize
2352          * may be different.
2353          */
2354         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2355                 error = E2BIG;
2356                 goto out;
2357         }
2358         /*
2359          * Put it at the end of the list.
2360          */
2361         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2362         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2363                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2364                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2365                         break;
2366                 }
2367         }
2368         klink = NULL;
2369         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2370         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2371
2372 out:
2373         zone_unlock_pair(zone, master);
2374         if (klink != NULL)
2375                 free(klink, M_TEMP);
2376
2377         return (error);
2378 }
2379
2380
2381 /* See uma.h */
2382 void
2383 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2384 {
2385
2386         /*
2387          * Large slabs are expensive to reclaim, so don't bother doing
2388          * unnecessary work if we're shutting down.
2389          */
2390         if (booted == BOOT_SHUTDOWN &&
2391             zone->uz_fini == NULL &&
2392             zone->uz_release == (uma_release)zone_release)
2393                 return;
2394         sx_slock(&uma_drain_lock);
2395         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2396         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2397 }
2398
2399 void
2400 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2401 {
2402         void *item;
2403
2404         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2405         uma_zfree(zone, item);
2406 }
2407
2408 void *
2409 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2410 {
2411         void *item;
2412 #ifdef SMP
2413         int i;
2414
2415         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2416 #endif
2417         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2418         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2419 #ifdef SMP
2420                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2421                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2422 #else
2423                 bzero(item, zone->uz_size);
2424 #endif
2425         }
2426         return (item);
2427 }
2428
2429 /*
2430  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2431  */
2432 void
2433 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2434 {
2435
2436 #ifdef SMP
2437         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2438 #endif
2439         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2440 }
2441
2442 /* See uma.h */
2443 void *
2444 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2445 {
2446         uma_zone_domain_t zdom;
2447         uma_bucket_t bucket;
2448         uma_cache_t cache;
2449         void *item;
2450         int cpu, domain, lockfail;
2451 #ifdef INVARIANTS
2452         bool skipdbg;
2453 #endif
2454
2455         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2456         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2457
2458         /* This is the fast path allocation */
2459         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2460             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2461
2462         if (flags & M_WAITOK) {
2463                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2464                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2465         }
2466         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2467         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2468             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2469         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2470                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2471                     "with M_ZERO passed"));
2472
2473 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2474         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2475                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2476                 if (item != NULL) {
2477                         if (zone->uz_init != NULL &&
2478                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2479                                 return (NULL);
2480                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2481                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2482                             flags) != 0) {
2483                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2484                                 return (NULL);
2485                         }
2486                         return (item);
2487                 }
2488                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2489         }
2490 #endif
2491         /*
2492          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2493          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2494          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2495          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2496          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2497          * preemption and migration.  We release the critical section in
2498          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2499          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2500          * must detect and handle migration if it has occurred.
2501          */
2502 zalloc_restart:
2503         critical_enter();
2504         cpu = curcpu;
2505         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2506
2507 zalloc_start:
2508         bucket = cache->uc_allocbucket;
2509         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2510                 bucket->ub_cnt--;
2511                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2512 #ifdef INVARIANTS
2513                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2514 #endif
2515                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2516                 cache->uc_allocs++;
2517                 critical_exit();
2518 #ifdef INVARIANTS
2519                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2520 #endif
2521                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2522 #ifdef INVARIANTS
2523                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2524                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2525 #endif
2526                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2527                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2528                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2529                         return (NULL);
2530                 }
2531 #ifdef INVARIANTS
2532                 if (!skipdbg)
2533                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2534 #endif
2535                 if (flags & M_ZERO)
2536                         uma_zero_item(item, zone);
2537                 return (item);
2538         }
2539
2540         /*
2541          * We have run out of items in our alloc bucket.
2542          * See if we can switch with our free bucket.
2543          */
2544         bucket = cache->uc_freebucket;
2545         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2546                 CTR2(KTR_UMA,
2547                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2548                     zone->uz_name, zone);
2549                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2550                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2551                 goto zalloc_start;
2552         }
2553
2554         /*
2555          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2556          */
2557         bucket = cache->uc_allocbucket;
2558         cache->uc_allocbucket = NULL;
2559         critical_exit();
2560         if (bucket != NULL)
2561                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2562
2563         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2564                 domain = PCPU_GET(domain);
2565                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2566                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2567         } else
2568                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2569
2570         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2571         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2572                 goto zalloc_item;
2573
2574         /*
2575          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2576          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2577          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2578          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2579          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2580          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2581          * the critical section.
2582          */
2583         lockfail = 0;
2584         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2585                 /* Record contention to size the buckets. */
2586                 ZONE_LOCK(zone);
2587                 lockfail = 1;
2588         }
2589         critical_enter();
2590         cpu = curcpu;
2591         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2592
2593         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2594         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2595                 ZONE_UNLOCK(zone);
2596                 goto zalloc_start;
2597         }
2598
2599         /*
2600          * Check the zone's cache of buckets.
2601          */
2602         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2603                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2604         else
2605                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2606         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2607                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2608                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2609                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2610                 ZONE_UNLOCK(zone);
2611                 goto zalloc_start;
2612         }
2613         /* We are no longer associated with this CPU. */
2614         critical_exit();
2615
2616         /*
2617          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2618          * handle the working set.
2619          */
2620         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2621                 zone->uz_count++;
2622         ZONE_UNLOCK(zone);
2623
2624         /*
2625          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2626          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2627          * will use the just filled bucket.
2628          */
2629         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
2630         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2631             zone->uz_name, zone, bucket);
2632         if (bucket != NULL) {
2633                 ZONE_LOCK(zone);
2634                 critical_enter();
2635                 cpu = curcpu;
2636                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2637
2638                 /*
2639                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2640                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2641                  * the memory directly.
2642                  */
2643                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2644                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2645                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2646                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2647                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2648                 } else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
2649                         critical_exit();
2650                         ZONE_UNLOCK(zone);
2651                         bucket_drain(zone, bucket);
2652                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2653                         goto zalloc_restart;
2654                 } else
2655                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2656                 ZONE_UNLOCK(zone);
2657                 goto zalloc_start;
2658         }
2659
2660         /*
2661          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2662          */
2663 zalloc_item:
2664         item = zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags);
2665
2666         return (item);
2667 }
2668
2669 void *
2670 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2671 {
2672
2673         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2674         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2675
2676         /* This is the fast path allocation */
2677         CTR5(KTR_UMA,
2678             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2679             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2680
2681         if (flags & M_WAITOK) {
2682                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2683                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2684         }
2685         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2686             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2687
2688         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2689 }
2690
2691 /*
2692  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2693  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2694  *
2695  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2696  * only 'domain'.
2697  */
2698 static uma_slab_t
2699 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2700 {
2701         uma_domain_t dom;
2702         uma_slab_t slab;
2703         int start;
2704
2705         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2706             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2707
2708         slab = NULL;
2709         start = domain;
2710         do {
2711                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2712                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2713                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2714                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2715                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2716                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2717                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2718                         return (slab);
2719                 }
2720                 if (rr)
2721                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2722         } while (domain != start);
2723
2724         return (NULL);
2725 }
2726
2727 static uma_slab_t
2728 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2729 {
2730         uint32_t reserve;
2731
2732         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2733
2734         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2735         if (keg->uk_free <= reserve)
2736                 return (NULL);
2737         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2738 }
2739
2740 static uma_slab_t
2741 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2742 {
2743         struct vm_domainset_iter di;
2744         uma_domain_t dom;
2745         uma_slab_t slab;
2746         int aflags, domain;
2747         bool rr;
2748
2749 restart:
2750         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2751
2752         /*
2753          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2754          * domain (as happens with first-touch zones).
2755          *
2756          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2757          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2758          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2759          */
2760         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2761         if (rr) {
2762                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2763                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2764                     &aflags);
2765         } else {
2766                 aflags = flags;
2767                 domain = rdomain;
2768         }
2769
2770         for (;;) {
2771                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2772                 if (slab != NULL) {
2773                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2774                         return (slab);
2775                 }
2776
2777                 /*
2778                  * M_NOVM means don't ask at all!
2779                  */
2780                 if (flags & M_NOVM)
2781                         break;
2782
2783                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2784                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2785                         /*
2786                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2787                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2788                          */
2789                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2790                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2791                                 zone_log_warning(zone);
2792                                 zone_maxaction(zone);
2793                         }
2794                         if (flags & M_NOWAIT)
2795                                 return (NULL);
2796                         zone->uz_sleeps++;
2797                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2798                         continue;
2799                 }
2800                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
2801                 /*
2802                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2803                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2804                  * at least one item.
2805                  */
2806                 if (slab) {
2807                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2808                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2809                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2810                         return (slab);
2811                 }
2812                 KEG_LOCK(keg);
2813                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2814                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2815                                 KEG_UNLOCK(keg);
2816                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2817                                 KEG_LOCK(keg);
2818                                 goto restart;
2819                         }
2820                         break;
2821                 }
2822         }
2823
2824         /*
2825          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2826          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2827          * fail.
2828          */
2829         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2830                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2831                 return (slab);
2832         }
2833         return (NULL);
2834 }
2835
2836 static uma_slab_t
2837 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2838 {
2839         uma_slab_t slab;
2840
2841         if (keg == NULL) {
2842                 keg = zone_first_keg(zone);
2843                 KEG_LOCK(keg);
2844         }
2845
2846         for (;;) {
2847                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2848                 if (slab)
2849                         return (slab);
2850                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2851                         break;
2852         }
2853         KEG_UNLOCK(keg);
2854         return (NULL);
2855 }
2856
2857 /*
2858  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2859  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2860  *
2861  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2862  */
2863 static uma_slab_t
2864 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int domain, int rflags)
2865 {
2866         uma_klink_t klink;
2867         uma_slab_t slab;
2868         uma_keg_t keg;
2869         int flags;
2870         int empty;
2871         int full;
2872
2873         /*
2874          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2875          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2876          * without blocking.
2877          */
2878         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2879         /*
2880          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2881          * the search.
2882          */
2883         if (last != NULL) {
2884                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, domain, flags);
2885                 if (slab)
2886                         return (slab);
2887                 KEG_UNLOCK(last);
2888         }
2889         /*
2890          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2891          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2892          * required but we've done it for so long now.
2893          */
2894         for (;;) {
2895                 empty = 0;
2896                 full = 0;
2897                 /*
2898                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2899                  * correct lock while calling into the keg layer.
2900                  */
2901                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2902                         keg = klink->kl_keg;
2903                         KEG_LOCK(keg);
2904                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2905                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2906                                 if (slab)
2907                                         return (slab);
2908                         }
2909                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2910                                 full++;
2911                         else
2912                                 empty++;
2913                         KEG_UNLOCK(keg);
2914                 }
2915                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2916                         break;
2917                 flags = rflags;
2918                 /*
2919                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2920                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2921                  */
2922                 if (full && !empty) {
2923                         ZONE_LOCK(zone);
2924                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2925                         zone->uz_sleeps++;
2926                         zone_log_warning(zone);
2927                         zone_maxaction(zone);
2928                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2929                             "zonelimit", hz/100);
2930                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2931                         ZONE_UNLOCK(zone);
2932                         continue;
2933                 }
2934         }
2935         return (NULL);
2936 }
2937
2938 static void *
2939 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2940 {
2941         uma_domain_t dom;
2942         void *item;
2943         uint8_t freei;
2944
2945         MPASS(keg == slab->us_keg);
2946         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2947
2948         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2949         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2950         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2951         slab->us_freecount--;
2952         keg->uk_free--;
2953
2954         /* Move this slab to the full list */
2955         if (slab->us_freecount == 0) {
2956                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2957                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2958                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2959         }
2960
2961         return (item);
2962 }
2963
2964 static int
2965 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2966 {
2967         uma_slab_t slab;
2968         uma_keg_t keg;
2969 #ifdef NUMA
2970         int stripe;
2971 #endif
2972         int i;
2973
2974         slab = NULL;
2975         keg = NULL;
2976         /* Try to keep the buckets totally full */
2977         for (i = 0; i < max; ) {
2978                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2979                         break;
2980                 keg = slab->us_keg;
2981 #ifdef NUMA
2982                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2983 #endif
2984                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2985                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2986                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2987                                 break;
2988 #ifdef NUMA
2989                         /*
2990                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2991                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2992                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2993                          * than stripe within each bucket.  The current option
2994                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2995                          * time but yields better distribution.
2996                          */
2997                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2998                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2999                                 break;
3000 #endif
3001                 }
3002                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
3003                 flags &= ~M_WAITOK;
3004                 flags |= M_NOWAIT;
3005         }
3006         if (slab != NULL)
3007                 KEG_UNLOCK(keg);
3008
3009         return i;
3010 }
3011
3012 static uma_bucket_t
3013 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3014 {
3015         uma_bucket_t bucket;
3016         int max;
3017
3018         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
3019
3020         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
3021         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
3022         if (bucket == NULL)
3023                 return (NULL);
3024
3025         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
3026         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
3027             max, domain, flags);
3028
3029         /*
3030          * Initialize the memory if necessary.
3031          */
3032         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
3033                 int i;
3034
3035                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
3036                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
3037                             flags) != 0)
3038                                 break;
3039                 /*
3040                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
3041                  * rest back onto the freelist.
3042                  */
3043                 if (i != bucket->ub_cnt) {
3044                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
3045                             bucket->ub_cnt - i);
3046 #ifdef INVARIANTS
3047                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
3048                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
3049 #endif
3050                         bucket->ub_cnt = i;
3051                 }
3052         }
3053
3054         if (bucket->ub_cnt == 0) {
3055                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3056                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3057                 return (NULL);
3058         }
3059
3060         return (bucket);
3061 }
3062
3063 /*
3064  * Allocates a single item from a zone.
3065  *
3066  * Arguments
3067  *      zone   The zone to alloc for.
3068  *      udata  The data to be passed to the constructor.
3069  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
3070  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
3071  *
3072  * Returns
3073  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
3074  *      An item if successful
3075  */
3076
3077 static void *
3078 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3079 {
3080         void *item;
3081 #ifdef INVARIANTS
3082         bool skipdbg;
3083 #endif
3084
3085         item = NULL;
3086
3087         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3088                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3089                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3090                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3091         }
3092         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
3093                 goto fail;
3094         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
3095
3096 #ifdef INVARIANTS
3097         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3098 #endif
3099         /*
3100          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
3101          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
3102          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
3103          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
3104          */
3105         if (zone->uz_init != NULL) {
3106                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3107                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
3108                         goto fail;
3109                 }
3110         }
3111         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3112 #ifdef INVARIANTS
3113             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
3114             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
3115 #endif
3116             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
3117                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3118                 goto fail;
3119         }
3120 #ifdef INVARIANTS
3121         if (!skipdbg)
3122                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3123 #endif
3124         if (flags & M_ZERO)
3125                 uma_zero_item(item, zone);
3126
3127         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
3128             zone->uz_name, zone);
3129
3130         return (item);
3131
3132 fail:
3133         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
3134             zone->uz_name, zone);
3135         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3136         return (NULL);
3137 }
3138
3139 /* See uma.h */
3140 void
3141 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3142 {
3143         uma_cache_t cache;
3144         uma_bucket_t bucket;
3145         uma_zone_domain_t zdom;
3146         int cpu, domain, lockfail;
3147 #ifdef INVARIANTS
3148         bool skipdbg;
3149 #endif
3150
3151         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3152         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3153
3154         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3155             zone->uz_name);
3156
3157         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3158             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3159
3160         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3161         if (item == NULL)
3162                 return;
3163 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3164         if (is_memguard_addr(item)) {
3165                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3166                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3167                 if (zone->uz_fini != NULL)
3168                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3169                 memguard_free(item);
3170                 return;
3171         }
3172 #endif
3173 #ifdef INVARIANTS
3174         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3175         if (skipdbg == false) {
3176                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3177                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3178                 else
3179                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3180         }
3181         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3182             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3183 #else
3184         if (zone->uz_dtor != NULL)
3185 #endif
3186                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3187
3188         /*
3189          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3190          * a little longer for the limits to be reset.
3191          */
3192         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
3193                 goto zfree_item;
3194
3195         /*
3196          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3197          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3198          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3199          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3200          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3201          * preemption and migration.  We release the critical section in
3202          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3203          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3204          * detect and handle migration if it has occurred.
3205          */
3206 zfree_restart:
3207         critical_enter();
3208         cpu = curcpu;
3209         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3210
3211 zfree_start:
3212         /*
3213          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3214          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3215          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3216          */
3217         bucket = cache->uc_allocbucket;
3218         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3219                 bucket = cache->uc_freebucket;
3220         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3221                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3222                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3223                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3224                 bucket->ub_cnt++;
3225                 cache->uc_frees++;
3226                 critical_exit();
3227                 return;
3228         }
3229
3230         /*
3231          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3232          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3233          * section.  Since the critical section is released, we may be
3234          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3235          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3236          * the critical section.
3237          */
3238         critical_exit();
3239         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3240                 goto zfree_item;
3241
3242         lockfail = 0;
3243         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3244                 /* Record contention to size the buckets. */
3245                 ZONE_LOCK(zone);
3246                 lockfail = 1;
3247         }
3248         critical_enter();
3249         cpu = curcpu;
3250         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3251
3252         bucket = cache->uc_freebucket;
3253         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3254                 ZONE_UNLOCK(zone);
3255                 goto zfree_start;
3256         }
3257         cache->uc_freebucket = NULL;
3258         /* We are no longer associated with this CPU. */
3259         critical_exit();
3260
3261         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3262                 domain = PCPU_GET(domain);
3263                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3264                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3265         } else
3266                 domain = 0;
3267         zdom = &zone->uz_domain[0];
3268
3269         /* Can we throw this on the zone full list? */
3270         if (bucket != NULL) {
3271                 CTR3(KTR_UMA,
3272                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3273                     zone->uz_name, zone, bucket);
3274                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3275                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
3276                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
3277                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
3278                         ZONE_UNLOCK(zone);
3279                         bucket_drain(zone, bucket);
3280                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3281                         goto zfree_restart;
3282                 } else
3283                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3284         }
3285
3286         /*
3287          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3288          * handle the working set.
3289          */
3290         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
3291                 zone->uz_count++;
3292         ZONE_UNLOCK(zone);
3293
3294         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3295         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3296             zone->uz_name, zone, bucket);
3297         if (bucket) {
3298                 critical_enter();
3299                 cpu = curcpu;
3300                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3301                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3302                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3303                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3304                         cache->uc_freebucket = bucket;
3305                         goto zfree_start;
3306                 }
3307                 /*
3308                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3309                  * critical section to free the bucket.
3310                  */
3311                 critical_exit();
3312                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3313                 goto zfree_restart;
3314         }
3315
3316         /*
3317          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3318          */
3319 zfree_item:
3320         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3321
3322         return;
3323 }
3324
3325 void
3326 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3327 {
3328
3329         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3330         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3331
3332         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3333             zone->uz_name);
3334
3335         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3336             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3337
3338         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3339         if (item == NULL)
3340                 return;
3341         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3342 }
3343
3344 static void
3345 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
3346 {
3347         uma_domain_t dom;
3348         uint8_t freei;
3349
3350         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
3351         MPASS(keg == slab->us_keg);
3352
3353         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3354
3355         /* Do we need to remove from any lists? */
3356         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3357                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3358                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3359         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3360                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3361                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3362         }
3363
3364         /* Slab management. */
3365         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3366         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3367         slab->us_freecount++;
3368
3369         /* Keg statistics. */
3370         keg->uk_free++;
3371 }
3372
3373 static void
3374 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3375 {
3376         void *item;
3377         uma_slab_t slab;
3378         uma_keg_t keg;
3379         uint8_t *mem;
3380         int clearfull;
3381         int i;
3382
3383         clearfull = 0;
3384         keg = zone_first_keg(zone);
3385         KEG_LOCK(keg);
3386         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3387                 item = bucket[i];
3388                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3389                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3390                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3391                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3392                         } else {
3393                                 mem += keg->uk_pgoff;
3394                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3395                         }
3396                 } else {
3397                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3398                         if (slab->us_keg != keg) {
3399                                 KEG_UNLOCK(keg);
3400                                 keg = slab->us_keg;
3401                                 KEG_LOCK(keg);
3402                         }
3403                 }
3404                 slab_free_item(keg, slab, item);
3405                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
3406                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
3407                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3408                                 clearfull = 1;
3409                         }
3410
3411                         /* 
3412                          * We can handle one more allocation. Since we're
3413                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
3414                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
3415                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
3416                          * threads etc).
3417                          */
3418                         wakeup(keg);
3419                 }
3420         }
3421         KEG_UNLOCK(keg);
3422         if (clearfull) {
3423                 ZONE_LOCK(zone);
3424                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3425                 wakeup(zone);
3426                 ZONE_UNLOCK(zone);
3427         }
3428
3429 }
3430
3431 /*
3432  * Frees a single item to any zone.
3433  *
3434  * Arguments:
3435  *      zone   The zone to free to
3436  *      item   The item we're freeing
3437  *      udata  User supplied data for the dtor
3438  *      skip   Skip dtors and finis
3439  */
3440 static void
3441 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3442 {
3443 #ifdef INVARIANTS
3444         bool skipdbg;
3445
3446         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3447         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3448                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3449                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3450                 else
3451                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3452         }
3453
3454         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3455             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3456             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3457 #else
3458         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3459 #endif
3460                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3461
3462         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3463                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3464
3465         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
3466         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3467 }
3468
3469 /* See uma.h */
3470 int
3471 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3472 {
3473         uma_keg_t keg;
3474
3475         keg = zone_first_keg(zone);
3476         if (keg == NULL)
3477                 return (0);
3478         KEG_LOCK(keg);
3479         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
3480         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
3481                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
3482         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3483         KEG_UNLOCK(keg);
3484
3485         return (nitems);
3486 }
3487
3488 /* See uma.h */
3489 int
3490 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3491 {
3492         int nitems;
3493         uma_keg_t keg;
3494
3495         keg = zone_first_keg(zone);
3496         if (keg == NULL)
3497                 return (0);
3498         KEG_LOCK(keg);
3499         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3500         KEG_UNLOCK(keg);
3501
3502         return (nitems);
3503 }
3504
3505 /* See uma.h */
3506 void
3507 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3508 {
3509
3510         ZONE_LOCK(zone);
3511         zone->uz_warning = warning;
3512         ZONE_UNLOCK(zone);
3513 }
3514
3515 /* See uma.h */
3516 void
3517 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3518 {
3519
3520         ZONE_LOCK(zone);
3521         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3522         ZONE_UNLOCK(zone);
3523 }
3524
3525 /* See uma.h */
3526 int
3527 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3528 {
3529         int64_t nitems;
3530         u_int i;
3531
3532         ZONE_LOCK(zone);
3533         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
3534         CPU_FOREACH(i) {
3535                 /*
3536                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3537                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3538                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3539                  */
3540                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3541                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3542         }
3543         ZONE_UNLOCK(zone);
3544
3545         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3546 }
3547
3548 /* See uma.h */
3549 void
3550 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3551 {
3552         uma_keg_t keg;
3553
3554         keg = zone_first_keg(zone);
3555         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3556         KEG_LOCK(keg);
3557         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3558             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3559         keg->uk_init = uminit;
3560         KEG_UNLOCK(keg);
3561 }
3562
3563 /* See uma.h */
3564 void
3565 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3566 {
3567         uma_keg_t keg;
3568
3569         keg = zone_first_keg(zone);
3570         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3571         KEG_LOCK(keg);
3572         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3573             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3574         keg->uk_fini = fini;
3575         KEG_UNLOCK(keg);
3576 }
3577
3578 /* See uma.h */
3579 void
3580 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3581 {
3582
3583         ZONE_LOCK(zone);
3584         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3585             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3586         zone->uz_init = zinit;
3587         ZONE_UNLOCK(zone);
3588 }
3589
3590 /* See uma.h */
3591 void
3592 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3593 {
3594
3595         ZONE_LOCK(zone);
3596         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3597             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3598         zone->uz_fini = zfini;
3599         ZONE_UNLOCK(zone);
3600 }
3601
3602 /* See uma.h */
3603 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3604 void
3605 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3606 {
3607         uma_keg_t keg;
3608
3609         keg = zone_first_keg(zone);
3610         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3611         KEG_LOCK(keg);
3612         keg->uk_freef = freef;
3613         KEG_UNLOCK(keg);
3614 }
3615
3616 /* See uma.h */
3617 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3618 void
3619 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3620 {
3621         uma_keg_t keg;
3622
3623         keg = zone_first_keg(zone);
3624         KEG_LOCK(keg);
3625         keg->uk_allocf = allocf;
3626         KEG_UNLOCK(keg);
3627 }
3628
3629 /* See uma.h */
3630 void
3631 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3632 {
3633         uma_keg_t keg;
3634
3635         keg = zone_first_keg(zone);
3636         if (keg == NULL)
3637                 return;
3638         KEG_LOCK(keg);
3639         keg->uk_reserve = items;
3640         KEG_UNLOCK(keg);
3641
3642         return;
3643 }
3644
3645 /* See uma.h */
3646 int
3647 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3648 {
3649         uma_keg_t keg;
3650         vm_offset_t kva;
3651         u_int pages;
3652
3653         keg = zone_first_keg(zone);
3654         if (keg == NULL)
3655                 return (0);
3656         pages = count / keg->uk_ipers;
3657
3658         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3659                 pages++;
3660         pages *= keg->uk_ppera;
3661
3662 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3663         if (keg->uk_ppera > 1) {
3664 #else
3665         if (1) {
3666 #endif
3667                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3668                 if (kva == 0)
3669                         return (0);
3670         } else
3671                 kva = 0;
3672         KEG_LOCK(keg);
3673         keg->uk_kva = kva;
3674         keg->uk_offset = 0;
3675         keg->uk_maxpages = pages;
3676 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3677         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3678 #else
3679         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3680 #endif
3681         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3682         KEG_UNLOCK(keg);
3683
3684         return (1);
3685 }
3686
3687 /* See uma.h */
3688 void
3689 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3690 {
3691         struct vm_domainset_iter di;
3692         uma_domain_t dom;
3693         uma_slab_t slab;
3694         uma_keg_t keg;
3695         int aflags, domain, slabs;
3696
3697         keg = zone_first_keg(zone);
3698         if (keg == NULL)
3699                 return;
3700         KEG_LOCK(keg);
3701         slabs = items / keg->uk_ipers;
3702         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3703                 slabs++;
3704         while (slabs-- > 0) {
3705                 aflags = M_NOWAIT;
3706                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3707                     &aflags);
3708                 for (;;) {
3709                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
3710                             aflags);
3711                         if (slab != NULL) {
3712                                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3713                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3714                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
3715                                     us_link);
3716                                 break;
3717                         }
3718                         KEG_LOCK(keg);
3719                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3720                                 KEG_UNLOCK(keg);
3721                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
3722                                 KEG_LOCK(keg);
3723                         }
3724                 }
3725         }
3726         KEG_UNLOCK(keg);
3727 }
3728
3729 /* See uma.h */
3730 static void
3731 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3732 {
3733
3734         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3735         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3736         bucket_enable();
3737         zone_foreach(zone_drain);
3738         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3739                 cache_drain_safe(NULL);
3740                 zone_foreach(zone_drain);
3741         }
3742
3743         /*
3744          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3745          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3746          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3747          */
3748         zone_drain(slabzone);
3749         bucket_zone_drain();
3750 }
3751
3752 void
3753 uma_reclaim(void)
3754 {
3755
3756         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3757         uma_reclaim_locked(false);
3758         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3759 }
3760
3761 static volatile int uma_reclaim_needed;
3762
3763 void
3764 uma_reclaim_wakeup(void)
3765 {
3766
3767         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3768                 wakeup(uma_reclaim);
3769 }
3770
3771 void
3772 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3773 {
3774
3775         for (;;) {
3776                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3777                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3778                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3779                             hz);
3780                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3781                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3782                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3783                 uma_reclaim_locked(true);
3784                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3785                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3786                 /* Don't fire more than once per-second. */
3787                 pause("umarclslp", hz);
3788         }
3789 }
3790
3791 /* See uma.h */
3792 int
3793 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3794 {
3795         int full;
3796
3797         ZONE_LOCK(zone);
3798         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3799         ZONE_UNLOCK(zone);
3800         return (full);  
3801 }
3802
3803 int
3804 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3805 {
3806         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3807 }
3808
3809 void *
3810 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3811 {
3812         struct domainset *policy;
3813         vm_offset_t addr;
3814         uma_slab_t slab;
3815
3816         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3817                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3818                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3819                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3820         }
3821         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3822         if (slab == NULL)
3823                 return (NULL);
3824         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3825             DOMAINSET_FIXED(domain);
3826         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3827         if (addr != 0) {
3828                 vsetslab(addr, slab);
3829                 slab->us_data = (void *)addr;
3830                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3831                 slab->us_size = size;
3832                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3833                     pmap_kextract(addr)));
3834                 uma_total_inc(size);
3835         } else {
3836                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3837         }
3838
3839         return ((void *)addr);
3840 }
3841
3842 void *
3843 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3844 {
3845
3846         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3847 }
3848
3849 void
3850 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3851 {
3852
3853         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3854             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3855         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3856         uma_total_dec(slab->us_size);
3857         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3858 }
3859
3860 static void
3861 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3862 {
3863
3864         bzero(item, zone->uz_size);
3865 }
3866
3867 unsigned long
3868 uma_limit(void)
3869 {
3870
3871         return (uma_kmem_limit);
3872 }
3873
3874 void
3875 uma_set_limit(unsigned long limit)
3876 {
3877
3878         uma_kmem_limit = limit;
3879 }
3880
3881 unsigned long
3882 uma_size(void)
3883 {
3884
3885         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
3886 }
3887
3888 long
3889 uma_avail(void)
3890 {
3891
3892         return (uma_kmem_limit - uma_size());
3893 }
3894
3895 void
3896 uma_print_stats(void)
3897 {
3898         zone_foreach(uma_print_zone);
3899 }
3900
3901 static void
3902 slab_print(uma_slab_t slab)
3903 {
3904         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3905                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3906 }
3907
3908 static void
3909 cache_print(uma_cache_t cache)
3910 {
3911         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3912                 cache->uc_allocbucket,
3913                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3914                 cache->uc_freebucket,
3915                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3916 }
3917
3918 static void
3919 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3920 {
3921         uma_domain_t dom;
3922         uma_slab_t slab;
3923         int i;
3924
3925         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3926             "out %d free %d limit %d\n",
3927             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3928             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3929             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3930             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3931         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3932                 dom = &keg->uk_domain[i];
3933                 printf("Part slabs:\n");
3934                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3935                         slab_print(slab);
3936                 printf("Free slabs:\n");
3937                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3938                         slab_print(slab);
3939                 printf("Full slabs:\n");
3940                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3941                         slab_print(slab);
3942         }
3943 }
3944
3945 void
3946 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3947 {
3948         uma_cache_t cache;
3949         uma_klink_t kl;
3950         int i;
3951
3952         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3953             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3954         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3955                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3956         CPU_FOREACH(i) {
3957                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3958                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3959                 cache_print(cache);
3960         }
3961 }
3962
3963 #ifdef DDB
3964 /*
3965  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3966  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3967  *
3968  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3969  * per-CPU cache statistic.
3970  *
3971  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3972  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3973  * directly so that we don't have to.
3974  */
3975 static void
3976 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3977     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3978 {
3979         uma_cache_t cache;
3980         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3981         int cachefree, cpu;
3982
3983         allocs = frees = sleeps = 0;
3984         cachefree = 0;
3985         CPU_FOREACH(cpu) {
3986                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3987                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3988                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3989                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3990                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3991                 allocs += cache->uc_allocs;
3992                 frees += cache->uc_frees;
3993         }
3994         allocs += z->uz_allocs;
3995         frees += z->uz_frees;
3996         sleeps += z->uz_sleeps;
3997         if (cachefreep != NULL)
3998                 *cachefreep = cachefree;
3999         if (allocsp != NULL)
4000                 *allocsp = allocs;
4001         if (freesp != NULL)
4002                 *freesp = frees;
4003         if (sleepsp != NULL)
4004                 *sleepsp = sleeps;
4005 }
4006 #endif /* DDB */
4007
4008 static int
4009 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4010 {
4011         uma_keg_t kz;
4012         uma_zone_t z;
4013         int count;
4014
4015         count = 0;
4016         rw_rlock(&uma_rwlock);
4017         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4018                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
4019                         count++;
4020         }
4021         rw_runlock(&uma_rwlock);
4022         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
4023 }
4024
4025 static int
4026 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4027 {
4028         struct uma_stream_header ush;
4029         struct uma_type_header uth;
4030         struct uma_percpu_stat *ups;
4031         uma_zone_domain_t zdom;
4032         struct sbuf sbuf;
4033         uma_cache_t cache;
4034         uma_klink_t kl;
4035         uma_keg_t kz;
4036         uma_zone_t z;
4037         uma_keg_t k;
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         /*
4055          * Insert stream header.
4056          */
4057         bzero(&ush, sizeof(ush));
4058         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
4059         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
4060         ush.ush_count = count;
4061         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
4062
4063         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4064                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4065                         bzero(&uth, sizeof(uth));
4066                         ZONE_LOCK(z);
4067                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
4068                         uth.uth_align = kz->uk_align;
4069                         uth.uth_size = kz->uk_size;
4070                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
4071                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
4072                                 k = kl->kl_keg;
4073                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
4074                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
4075                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
4076                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
4077                                     * k->uk_ipers;
4078                         }
4079
4080                         /*
4081                          * A zone is secondary is it is not the first entry
4082                          * on the keg's zone list.
4083                          */
4084                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4085                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
4086                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
4087
4088                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4089                                 zdom = &z->uz_domain[i];
4090                                 uth.uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
4091                         }
4092                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
4093                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
4094                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
4095                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
4096                         /*
4097                          * While it is not normally safe to access the cache
4098                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
4099                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
4100                          * without the zone lock held, not invalidated, so
4101                          * accept the possible race associated with bucket
4102                          * exchange during monitoring.
4103                          */
4104                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
4105                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
4106                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
4107                                     CPU_ABSENT(i))
4108                                         continue;
4109                                 cache = &z->uz_cpu[i];
4110                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
4111                                         ups[i].ups_cache_free +=
4112                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
4113                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
4114                                         ups[i].ups_cache_free +=
4115                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
4116                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
4117                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
4118                         }
4119                         ZONE_UNLOCK(z);
4120                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4121                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4122                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4123                 }
4124         }
4125         rw_runlock(&uma_rwlock);
4126         error = sbuf_finish(&sbuf);
4127         sbuf_delete(&sbuf);
4128         free(ups, M_TEMP);
4129         return (error);
4130 }
4131
4132 int
4133 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4134 {
4135         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4136         int error, max;
4137
4138         max = uma_zone_get_max(zone);
4139         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4140         if (error || !req->newptr)
4141                 return (error);
4142
4143         uma_zone_set_max(zone, max);
4144
4145         return (0);
4146 }
4147
4148 int
4149 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4150 {
4151         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4152         int cur;
4153
4154         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4155         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4156 }
4157
4158 #ifdef INVARIANTS
4159 static uma_slab_t
4160 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4161 {
4162         uma_slab_t slab;
4163         uma_keg_t keg;
4164         uint8_t *mem;
4165
4166         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4167         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4168                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4169         } else {
4170                 /*
4171                  * It is safe to return the slab here even though the
4172                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4173                  * essentially holds a reference.
4174                  */
4175                 ZONE_LOCK(zone);
4176                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
4177                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4178                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4179                 else
4180                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4181                 ZONE_UNLOCK(zone);
4182         }
4183
4184         return (slab);
4185 }
4186
4187 static bool
4188 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4189 {
4190         uma_keg_t keg;
4191
4192         if ((keg = zone_first_keg(zone)) == NULL)
4193                 return (true);
4194
4195         return (uma_dbg_kskip(keg, mem));
4196 }
4197
4198 static bool
4199 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4200 {
4201         uintptr_t idx;
4202
4203         if (dbg_divisor == 0)
4204                 return (true);
4205
4206         if (dbg_divisor == 1)
4207                 return (false);
4208
4209         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4210         if (keg->uk_ipers > 1) {
4211                 idx *= keg->uk_ipers;
4212                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4213         }
4214
4215         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4216                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4217                 return (true);
4218         }
4219         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4220
4221         return (false);
4222 }
4223
4224 /*
4225  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4226  *
4227  */
4228 static void
4229 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4230 {
4231         uma_keg_t keg;
4232         int freei;
4233
4234         if (slab == NULL) {
4235                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4236                 if (slab == NULL) 
4237                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4238                             item, zone->uz_name);
4239         }
4240         keg = slab->us_keg;
4241         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4242
4243         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4244                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4245                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4246         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4247
4248         return;
4249 }
4250
4251 /*
4252  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4253  * and duplicate frees.
4254  *
4255  */
4256 static void
4257 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4258 {
4259         uma_keg_t keg;
4260         int freei;
4261
4262         if (slab == NULL) {
4263                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4264                 if (slab == NULL) 
4265                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4266                             item, zone->uz_name);
4267         }
4268         keg = slab->us_keg;
4269         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4270
4271         if (freei >= keg->uk_ipers)
4272                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4273                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4274
4275         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item) 
4276                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4277                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4278
4279         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4280                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4281                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4282
4283         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4284 }
4285 #endif /* INVARIANTS */
4286
4287 #ifdef DDB
4288 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4289 {
4290         uma_keg_t kz;
4291         uma_zone_t z;
4292         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4293         long cachefree;
4294         int i;
4295
4296         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4297             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4298         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4299                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4300                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4301                                 allocs = z->uz_allocs;
4302                                 frees = z->uz_frees;
4303                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4304                                 cachefree = 0;
4305                         } else
4306                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4307                                     &frees, &sleeps);
4308                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4309                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4310                                 cachefree += kz->uk_free;
4311                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4312                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4313
4314                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u\n",
4315                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4316                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4317                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4318                         if (db_pager_quit)
4319                                 return;
4320                 }
4321         }
4322 }
4323
4324 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4325 {
4326         uma_zone_t z;
4327         uint64_t allocs, frees;
4328         long cachefree;
4329         int i;
4330
4331         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4332             "Requests", "Bucket");
4333         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4334                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4335                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4336                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4337                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4338                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4339                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4340                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4341                 if (db_pager_quit)
4342                         return;
4343         }
4344 }
4345 #endif  /* DDB */