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