sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/smp.h>
  79 #include <sys/taskqueue.h>
  80 #include <sys/vmmeter.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_domainset.h>
  84 #include <vm/vm_object.h>
  85 #include <vm/vm_page.h>
  86 #include <vm/vm_pageout.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_phys.h>
  89 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_extern.h>
  93 #include <vm/uma.h>
  94 #include <vm/uma_int.h>
  95 #include <vm/uma_dbg.h>
  96
  97 #include <ddb/ddb.h>
  98
  99 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 100 #include <vm/memguard.h>
 101 #endif
 102
 103 /*
 104  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 105  */
 106 static uma_zone_t kegs;
 107 static uma_zone_t zones;
 108
 109 /* This is the zone from which all offpage uma_slab_ts are allocated. */
 110 static uma_zone_t slabzone;
 111
 112 /*
 113  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 114  * prior to malloc coming up.
 115  */
 116 static uma_zone_t hashzone;
 117
 118 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 119 int uma_align_cache = 64 - 1;
 120
 121 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 122
 123 /*
 124  * Are we allowed to allocate buckets?
 125  */
 126 static int bucketdisable = 1;
 127
 128 /* Linked list of all kegs in the system */
 129 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 130
 131 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 132 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 133     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 134
 135 /* This RW lock protects the keg list */
 136 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 137
 138 /*
 139  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
 140  * startup to bootstrap UMA.
 141  */
 142 static char *bootmem;
 143 static int boot_pages;
 144
 145 static struct sx uma_drain_lock;
 146
 147 /* kmem soft limit. */
 148 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 149 static volatile unsigned long uma_kmem_total;
 150
 151 /* Is the VM done starting up? */
 152 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 153     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 154
 155 /*
 156  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 157  * outside of the allocation fast path.
 158  */
 159 static struct callout uma_callout;
 160 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 161
 162 /*
 163  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 164  * a special allocation function just for zones.
 165  */
 166 struct uma_zctor_args {
 167         const char *name;
 168         size_t size;
 169         uma_ctor ctor;
 170         uma_dtor dtor;
 171         uma_init uminit;
 172         uma_fini fini;
 173         uma_import import;
 174         uma_release release;
 175         void *arg;
 176         uma_keg_t keg;
 177         int align;
 178         uint32_t flags;
 179 };
 180
 181 struct uma_kctor_args {
 182         uma_zone_t zone;
 183         size_t size;
 184         uma_init uminit;
 185         uma_fini fini;
 186         int align;
 187         uint32_t flags;
 188 };
 189
 190 struct uma_bucket_zone {
 191         uma_zone_t      ubz_zone;
 192         char            *ubz_name;
 193         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 194         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 195 };
 196
 197 /*
 198  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 199  * of two sizes for more efficient space utilization.
 200  */
 201 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 202     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 203
 204 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 205
 206 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 207         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 208         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 209         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 210         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 211         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 212         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 213         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 214         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 215         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 216         { NULL, NULL, 0}
 217 };
 218
 219 /*
 220  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 221  */
 222 enum zfreeskip {
 223         SKIP_NONE =     0,
 224         SKIP_CNT =      0x00000001,
 225         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 226         SKIP_FINI =     0x00020000,
 227 };
 228
 229 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 230
 231 /* Prototypes.. */
 232
 233 int     uma_startup_count(int);
 234 void    uma_startup(void *, int);
 235 void    uma_startup1(void);
 236 void    uma_startup2(void);
 237
 238 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 239 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 240 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 241 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 242 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 243 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 244 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int);
 245 static void cache_drain(uma_zone_t);
 246 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 247 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 248 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 249 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 250 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 251 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 252 static int zero_init(void *, int, int);
 253 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 254 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 255 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 256 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 257 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
 258 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 259 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 260 static void uma_timeout(void *);
 261 static void uma_startup3(void);
 262 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 263 static void *zone_alloc_item_locked(uma_zone_t, void *, int, int);
 264 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 265 static void bucket_enable(void);
 266 static void bucket_init(void);
 267 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 268 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 269 static void bucket_zone_drain(void);
 270 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int, int);
 271 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 272 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 273 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 274 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 275     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 276 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 277 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 278 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 279
 280 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 281 void uma_print_stats(void);
 282 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 283 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 284
 285 #ifdef INVARIANTS
 286 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 287 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 288 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 289 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 290
 291 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 292     "Memory allocation debugging");
 293
 294 static u_int dbg_divisor = 1;
 295 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 296     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 297     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 298
 299 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 300 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 301 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 302     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 303 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 304     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 305 #endif
 306
 307 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 308
 309 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 310     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 311
 312 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 313     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 314
 315 static int zone_warnings = 1;
 316 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 317     "Warn when UMA zones becomes full");
 318
 319 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 320 static inline void
 321 uma_total_dec(unsigned long size)
 322 {
 323
 324         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 325 }
 326
 327 static inline void
 328 uma_total_inc(unsigned long size)
 329 {
 330
 331         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 332                 uma_reclaim_wakeup();
 333 }
 334
 335 /*
 336  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 337  */
 338 static void
 339 bucket_enable(void)
 340 {
 341         bucketdisable = vm_page_count_min();
 342 }
 343
 344 /*
 345  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 346  *
 347  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 348  * of the header and an array of pointers.
 349  */
 350 static void
 351 bucket_init(void)
 352 {
 353         struct uma_bucket_zone *ubz;
 354         int size;
 355
 356         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 357                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 358                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 359                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 360                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 361                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 362         }
 363 }
 364
 365 /*
 366  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 367  * to allocate the bucket.
 368  */
 369 static struct uma_bucket_zone *
 370 bucket_zone_lookup(int entries)
 371 {
 372         struct uma_bucket_zone *ubz;
 373
 374         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 375                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 376                         return (ubz);
 377         ubz--;
 378         return (ubz);
 379 }
 380
 381 static int
 382 bucket_select(int size)
 383 {
 384         struct uma_bucket_zone *ubz;
 385
 386         ubz = &bucket_zones[0];
 387         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 388                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 389
 390         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 391                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 392                         break;
 393         ubz--;
 394         return (ubz->ubz_entries);
 395 }
 396
 397 static uma_bucket_t
 398 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 399 {
 400         struct uma_bucket_zone *ubz;
 401         uma_bucket_t bucket;
 402
 403         /*
 404          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 405          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 406          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 407          * low memory situations.
 408          */
 409         if (bucketdisable)
 410                 return (NULL);
 411         /*
 412          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 413          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 414          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 415          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 416          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 417          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 418          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 419          * free path.
 420          */
 421         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 422                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 423         else {
 424                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 425                         return (NULL);
 426                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 427         }
 428         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 429                 flags |= M_NOVM;
 430         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 431         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 432                 ubz++;
 433         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 434         if (bucket) {
 435 #ifdef INVARIANTS
 436                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 437 #endif
 438                 bucket->ub_cnt = 0;
 439                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 440         }
 441
 442         return (bucket);
 443 }
 444
 445 static void
 446 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 447 {
 448         struct uma_bucket_zone *ubz;
 449
 450         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 451             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 452         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 453                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 454         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 455         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 456 }
 457
 458 static void
 459 bucket_zone_drain(void)
 460 {
 461         struct uma_bucket_zone *ubz;
 462
 463         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 464                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 465 }
 466
 467 static uma_bucket_t
 468 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
 469 {
 470         uma_bucket_t bucket;
 471
 472         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 473
 474         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 475                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
 476                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 477                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 478                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 479                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 480                 zone->uz_bkt_count -= bucket->ub_cnt;
 481         }
 482         return (bucket);
 483 }
 484
 485 static void
 486 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, uma_bucket_t bucket,
 487     const bool ws)
 488 {
 489
 490         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 491         KASSERT(zone->uz_bkt_count < zone->uz_bkt_max, ("%s: zone %p overflow",
 492             __func__, zone));
 493
 494         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 495         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 496         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
 497                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
 498         zone->uz_bkt_count += bucket->ub_cnt;
 499 }
 500
 501 static void
 502 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 503 {
 504         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 505
 506         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 507                 return;
 508
 509         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 510                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 511 }
 512
 513 static inline void
 514 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 515 {
 516
 517         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 518                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 519 }
 520
 521 /*
 522  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 523  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 524  *
 525  * Arguments:
 526  *      arg   Unused
 527  *
 528  * Returns:
 529  *      Nothing
 530  */
 531 static void
 532 uma_timeout(void *unused)
 533 {
 534         bucket_enable();
 535         zone_foreach(zone_timeout);
 536
 537         /* Reschedule this event */
 538         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 539 }
 540
 541 /*
 542  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 543  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 544  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 545  * last 100s.
 546  */
 547 static void
 548 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 549 {
 550         long wss;
 551
 552         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 553         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 554         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 555         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
 556 }
 557
 558 /*
 559  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 560  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 561  *
 562  *  Returns nothing.
 563  */
 564 static void
 565 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 566 {
 567         uma_keg_t keg = zone->uz_keg;
 568
 569         KEG_LOCK(keg);
 570         /*
 571          * Expand the keg hash table.
 572          *
 573          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 574          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 575          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 576          */
 577         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 578             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 579                 struct uma_hash newhash;
 580                 struct uma_hash oldhash;
 581                 int ret;
 582
 583                 /*
 584                  * This is so involved because allocating and freeing
 585                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 586                  * I have to do everything in stages and check for
 587                  * races.
 588                  */
 589                 newhash = keg->uk_hash;
 590                 KEG_UNLOCK(keg);
 591                 ret = hash_alloc(&newhash);
 592                 KEG_LOCK(keg);
 593                 if (ret) {
 594                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 595                                 oldhash = keg->uk_hash;
 596                                 keg->uk_hash = newhash;
 597                         } else
 598                                 oldhash = newhash;
 599
 600                         KEG_UNLOCK(keg);
 601                         hash_free(&oldhash);
 602                         return;
 603                 }
 604         }
 605
 606         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 607                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
 608
 609         KEG_UNLOCK(keg);
 610 }
 611
 612 /*
 613  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 614  * backing store.
 615  *
 616  * Arguments:
 617  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 618  *
 619  * Returns:
 620  *      1 on success and 0 on failure.
 621  */
 622 static int
 623 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
 624 {
 625         int oldsize;
 626         int alloc;
 627
 628         oldsize = hash->uh_hashsize;
 629
 630         /* We're just going to go to a power of two greater */
 631         if (oldsize)  {
 632                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
 633                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 634                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 635                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 636         } else {
 637                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 638                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 639                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 640                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 641         }
 642         if (hash->uh_slab_hash) {
 643                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 644                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 645                 return (1);
 646         }
 647
 648         return (0);
 649 }
 650
 651 /*
 652  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 653  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 654  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 655  *
 656  * Arguments:
 657  *      oldhash  The hash you want to expand
 658  *      newhash  The hash structure for the new table
 659  *
 660  * Returns:
 661  *      Nothing
 662  *
 663  * Discussion:
 664  */
 665 static int
 666 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 667 {
 668         uma_slab_t slab;
 669         int hval;
 670         int i;
 671
 672         if (!newhash->uh_slab_hash)
 673                 return (0);
 674
 675         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 676                 return (0);
 677
 678         /*
 679          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 680          * full rehash.
 681          */
 682
 683         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
 684                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
 685                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
 686                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
 687                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 688                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 689                             slab, us_hlink);
 690                 }
 691
 692         return (1);
 693 }
 694
 695 /*
 696  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 697  *
 698  * Arguments:
 699  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 700  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 701  *
 702  * Returns:
 703  *      Nothing
 704  */
 705 static void
 706 hash_free(struct uma_hash *hash)
 707 {
 708         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 709                 return;
 710         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 711                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 712         else
 713                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 714 }
 715
 716 /*
 717  * Frees all outstanding items in a bucket
 718  *
 719  * Arguments:
 720  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 721  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 722  *
 723  * Returns:
 724  *      Nothing
 725  */
 726
 727 static void
 728 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 729 {
 730         int i;
 731
 732         if (bucket == NULL)
 733                 return;
 734
 735         if (zone->uz_fini)
 736                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 737                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 738         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 739         ZONE_LOCK(zone);
 740         zone->uz_items -= bucket->ub_cnt;
 741         if (zone->uz_sleepers && zone->uz_items < zone->uz_max_items)
 742                 wakeup_one(zone);
 743         ZONE_UNLOCK(zone);
 744         bucket->ub_cnt = 0;
 745 }
 746
 747 /*
 748  * Drains the per cpu caches for a zone.
 749  *
 750  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 751  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 752  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 753  *
 754  * Arguments:
 755  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 756  *
 757  * Returns:
 758  *      Nothing
 759  */
 760 static void
 761 cache_drain(uma_zone_t zone)
 762 {
 763         uma_cache_t cache;
 764         int cpu;
 765
 766         /*
 767          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 768          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 769          * of the caches at this point.
 770          *
 771          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 772          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 773          *
 774          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 775          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 776          * there in some form?
 777          */
 778         CPU_FOREACH(cpu) {
 779                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 780                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 781                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 782                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 783                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 784                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 785                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 786                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 787         }
 788         ZONE_LOCK(zone);
 789         bucket_cache_drain(zone);
 790         ZONE_UNLOCK(zone);
 791 }
 792
 793 static void
 794 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 795 {
 796
 797         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 798                 return;
 799
 800         ZONE_LOCK(zone);
 801         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 802         ZONE_UNLOCK(zone);
 803 }
 804
 805 static void
 806 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 807 {
 808         uma_cache_t cache;
 809         uma_bucket_t b1, b2;
 810         int domain;
 811
 812         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 813                 return;
 814
 815         b1 = b2 = NULL;
 816         ZONE_LOCK(zone);
 817         critical_enter();
 818         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 819                 domain = PCPU_GET(domain);
 820         else
 821                 domain = 0;
 822         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 823         if (cache->uc_allocbucket) {
 824                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 825                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 826                             cache->uc_allocbucket, false);
 827                 else
 828                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 829                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 830         }
 831         if (cache->uc_freebucket) {
 832                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 833                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 834                             cache->uc_freebucket, false);
 835                 else
 836                         b2 = cache->uc_freebucket;
 837                 cache->uc_freebucket = NULL;
 838         }
 839         critical_exit();
 840         ZONE_UNLOCK(zone);
 841         if (b1)
 842                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 843         if (b2)
 844                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 845 }
 846
 847 /*
 848  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 849  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 850  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 851  * to safely access their cache buckets.
 852  * Zone lock must not be held on call this function.
 853  */
 854 static void
 855 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 856 {
 857         int cpu;
 858
 859         /*
 860          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 861          */
 862         if (zone)
 863                 cache_shrink(zone);
 864         else
 865                 zone_foreach(cache_shrink);
 866
 867         CPU_FOREACH(cpu) {
 868                 thread_lock(curthread);
 869                 sched_bind(curthread, cpu);
 870                 thread_unlock(curthread);
 871
 872                 if (zone)
 873                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 874                 else
 875                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 876         }
 877         thread_lock(curthread);
 878         sched_unbind(curthread);
 879         thread_unlock(curthread);
 880 }
 881
 882 /*
 883  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 884  */
 885 static void
 886 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 887 {
 888         uma_zone_domain_t zdom;
 889         uma_bucket_t bucket;
 890         int i;
 891
 892         /*
 893          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 894          */
 895         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 896                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 897                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
 898                     NULL) {
 899                         ZONE_UNLOCK(zone);
 900                         bucket_drain(zone, bucket);
 901                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 902                         ZONE_LOCK(zone);
 903                 }
 904         }
 905
 906         /*
 907          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 908          * is probably lower then price of global cache drain.
 909          */
 910         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 911                 zone->uz_count--;
 912 }
 913
 914 static void
 915 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 916 {
 917         uint8_t *mem;
 918         int i;
 919         uint8_t flags;
 920
 921         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 922             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 923
 924         mem = slab->us_data;
 925         flags = slab->us_flags;
 926         i = start;
 927         if (keg->uk_fini != NULL) {
 928                 for (i--; i > -1; i--)
 929 #ifdef INVARIANTS
 930                 /*
 931                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 932                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 933                  * which executed trash_dtor.
 934                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 935                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 936                  * invocations.
 937                  */
 938                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 939                     keg->uk_fini != trash_fini)
 940 #endif
 941                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 942                             keg->uk_size);
 943         }
 944         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 945                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 946         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 947         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 948 }
 949
 950 /*
 951  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 952  * the pageout daemon.
 953  *
 954  * Returns nothing.
 955  */
 956 static void
 957 keg_drain(uma_keg_t keg)
 958 {
 959         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 960         uma_domain_t dom;
 961         uma_slab_t slab, tmp;
 962         int i;
 963
 964         /*
 965          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 966          * time
 967          */
 968         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 969                 return;
 970
 971         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 972             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 973         KEG_LOCK(keg);
 974         if (keg->uk_free == 0)
 975                 goto finished;
 976
 977         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 978                 dom = &keg->uk_domain[i];
 979                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 980                         /* We have nowhere to free these to. */
 981                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 982                                 continue;
 983
 984                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
 985                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
 986                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
 987
 988                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
 989                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
 990                                     slab->us_data);
 991
 992                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
 993                 }
 994         }
 995
 996 finished:
 997         KEG_UNLOCK(keg);
 998
 999         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1000                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1001                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1002         }
1003 }
1004
1005 static void
1006 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1007 {
1008
1009         /*
1010          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1011          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1012          * is the only call that knows the structure will still be available
1013          * when it wakes up.
1014          */
1015         ZONE_LOCK(zone);
1016         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1017                 if (waitok == M_NOWAIT)
1018                         goto out;
1019                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1020         }
1021         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1022         bucket_cache_drain(zone);
1023         ZONE_UNLOCK(zone);
1024         /*
1025          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1026          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1027          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1028          */
1029         keg_drain(zone->uz_keg);
1030         ZONE_LOCK(zone);
1031         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1032         wakeup(zone);
1033 out:
1034         ZONE_UNLOCK(zone);
1035 }
1036
1037 void
1038 zone_drain(uma_zone_t zone)
1039 {
1040
1041         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1042 }
1043
1044 /*
1045  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1046  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1047  * otherwise the keg will be left unlocked.
1048  *
1049  * Arguments:
1050  *      wait  Shall we wait?
1051  *
1052  * Returns:
1053  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1054  *      caller specified M_NOWAIT.
1055  */
1056 static uma_slab_t
1057 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int wait)
1058 {
1059         uma_alloc allocf;
1060         uma_slab_t slab;
1061         unsigned long size;
1062         uint8_t *mem;
1063         uint8_t flags;
1064         int i;
1065
1066         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1067             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1068         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
1069         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
1070
1071         allocf = keg->uk_allocf;
1072         KEG_UNLOCK(keg);
1073
1074         slab = NULL;
1075         mem = NULL;
1076         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1077                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, wait);
1078                 if (slab == NULL)
1079                         goto out;
1080         }
1081
1082         /*
1083          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1084          * first time they are added to a zone.
1085          *
1086          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1087          */
1088
1089         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1090                 wait |= M_ZERO;
1091         else
1092                 wait &= ~M_ZERO;
1093
1094         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1095                 wait |= M_NODUMP;
1096
1097         /* zone is passed for legacy reasons. */
1098         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1099         mem = allocf(zone, size, domain, &flags, wait);
1100         if (mem == NULL) {
1101                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1102                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1103                 slab = NULL;
1104                 goto out;
1105         }
1106         uma_total_inc(size);
1107
1108         /* Point the slab into the allocated memory */
1109         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1110                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1111
1112         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1113                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1114                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1115
1116         slab->us_keg = keg;
1117         slab->us_data = mem;
1118         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1119         slab->us_flags = flags;
1120         slab->us_domain = domain;
1121         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1122 #ifdef INVARIANTS
1123         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1124 #endif
1125
1126         if (keg->uk_init != NULL) {
1127                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1128                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1129                             keg->uk_size, wait) != 0)
1130                                 break;
1131                 if (i != keg->uk_ipers) {
1132                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1133                         slab = NULL;
1134                         goto out;
1135                 }
1136         }
1137         KEG_LOCK(keg);
1138
1139         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1140             slab, keg->uk_name, keg);
1141
1142         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1143                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1144
1145         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1146         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1147
1148 out:
1149         return (slab);
1150 }
1151
1152 /*
1153  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1154  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1155  * the VM is ready.
1156  */
1157 static void *
1158 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1159     int wait)
1160 {
1161         uma_keg_t keg;
1162         void *mem;
1163         int pages;
1164
1165         keg = zone->uz_keg;
1166         /*
1167          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1168          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1169          */
1170         switch (booted) {
1171                 case BOOT_COLD:
1172                 case BOOT_STRAPPED:
1173                         break;
1174                 case BOOT_PAGEALLOC:
1175                         if (keg->uk_ppera > 1)
1176                                 break;
1177                 case BOOT_BUCKETS:
1178                 case BOOT_RUNNING:
1179 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1180                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1181                             page_alloc : uma_small_alloc;
1182 #else
1183                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1184 #endif
1185                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1186         }
1187
1188         /*
1189          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1190          */
1191         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1192         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1193         if (pages > boot_pages)
1194                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1195 #ifdef DIAGNOSTIC
1196         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1197             boot_pages);
1198 #endif
1199         mem = bootmem;
1200         boot_pages -= pages;
1201         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1202         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1203
1204         return (mem);
1205 }
1206
1207 /*
1208  * Allocates a number of pages from the system
1209  *
1210  * Arguments:
1211  *      bytes  The number of bytes requested
1212  *      wait  Shall we wait?
1213  *
1214  * Returns:
1215  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1216  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1217  */
1218 static void *
1219 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1220     int wait)
1221 {
1222         void *p;        /* Returned page */
1223
1224         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1225         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1226
1227         return (p);
1228 }
1229
1230 static void *
1231 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1232     int wait)
1233 {
1234         struct pglist alloctail;
1235         vm_offset_t addr, zkva;
1236         int cpu, flags;
1237         vm_page_t p, p_next;
1238 #ifdef NUMA
1239         struct pcpu *pc;
1240 #endif
1241
1242         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1243
1244         TAILQ_INIT(&alloctail);
1245         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1246             malloc2vm_flags(wait);
1247         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1248         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1249                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1250                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1251                 } else {
1252 #ifndef NUMA
1253                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1254 #else
1255                         pc = pcpu_find(cpu);
1256                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1257                         if (__predict_false(p == NULL))
1258                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1259 #endif
1260                 }
1261                 if (__predict_false(p == NULL))
1262                         goto fail;
1263                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1264         }
1265         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1266                 goto fail;
1267         zkva = addr;
1268         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1269                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1270                 zkva += PAGE_SIZE;
1271         }
1272         return ((void*)addr);
1273  fail:
1274         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1275                 vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1276                 vm_page_free(p);
1277         }
1278         return (NULL);
1279 }
1280
1281 /*
1282  * Allocates a number of pages from within an object
1283  *
1284  * Arguments:
1285  *      bytes  The number of bytes requested
1286  *      wait   Shall we wait?
1287  *
1288  * Returns:
1289  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1290  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1291  */
1292 static void *
1293 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1294     int wait)
1295 {
1296         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1297         u_long npages;
1298         vm_offset_t retkva, zkva;
1299         vm_page_t p, p_next;
1300         uma_keg_t keg;
1301
1302         TAILQ_INIT(&alloctail);
1303         keg = zone->uz_keg;
1304
1305         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1306         while (npages > 0) {
1307                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1308                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1309                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1310                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1311                 if (p != NULL) {
1312                         /*
1313                          * Since the page does not belong to an object, its
1314                          * listq is unused.
1315                          */
1316                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1317                         npages--;
1318                         continue;
1319                 }
1320                 /*
1321                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1322                  * exit.
1323                  */
1324                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1325                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1326                         vm_page_free(p);
1327                 }
1328                 return (NULL);
1329         }
1330         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1331         zkva = keg->uk_kva +
1332             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1333         retkva = zkva;
1334         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1335                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1336                 zkva += PAGE_SIZE;
1337         }
1338
1339         return ((void *)retkva);
1340 }
1341
1342 /*
1343  * Frees a number of pages to the system
1344  *
1345  * Arguments:
1346  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1347  *      size  The size of the memory being freed
1348  *      flags The original p->us_flags field
1349  *
1350  * Returns:
1351  *      Nothing
1352  */
1353 static void
1354 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1355 {
1356
1357         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1358                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1359
1360         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1361 }
1362
1363 /*
1364  * Frees pcpu zone allocations
1365  *
1366  * Arguments:
1367  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1368  *      size  The size of the memory being freed
1369  *      flags The original p->us_flags field
1370  *
1371  * Returns:
1372  *      Nothing
1373  */
1374 static void
1375 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1376 {
1377         vm_offset_t sva, curva;
1378         vm_paddr_t paddr;
1379         vm_page_t m;
1380
1381         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1382         sva = (vm_offset_t)mem;
1383         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1384                 paddr = pmap_kextract(curva);
1385                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1386                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
1387                 vm_page_free(m);
1388         }
1389         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1390         kva_free(sva, size);
1391 }
1392
1393
1394 /*
1395  * Zero fill initializer
1396  *
1397  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1398  */
1399 static int
1400 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1401 {
1402         bzero(mem, size);
1403         return (0);
1404 }
1405
1406 /*
1407  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1408  *
1409  * Arguments
1410  *      keg  The zone we should initialize
1411  *
1412  * Returns
1413  *      Nothing
1414  */
1415 static void
1416 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1417 {
1418         u_int rsize;
1419         u_int memused;
1420         u_int wastedspace;
1421         u_int shsize;
1422         u_int slabsize;
1423
1424         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1425                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1426
1427                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1428                 keg->uk_ppera = ncpus;
1429         } else {
1430                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1431                 keg->uk_ppera = 1;
1432         }
1433
1434         /*
1435          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1436          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1437          * allocation bits for we round it up.
1438          */
1439         rsize = keg->uk_size;
1440         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1441                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1442         if (rsize & keg->uk_align)
1443                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1444         keg->uk_rsize = rsize;
1445
1446         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1447             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1448             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1449
1450         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1451                 shsize = 0;
1452         else
1453                 shsize = SIZEOF_UMA_SLAB;
1454
1455         if (rsize <= slabsize - shsize)
1456                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1457         else {
1458                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1459                  * alignment requirement can be relaxed. */
1460                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1461                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1462                 keg->uk_ipers = 1;
1463         }
1464         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1465             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1466
1467         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1468         wastedspace = slabsize - memused;
1469
1470         /*
1471          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1472          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1473          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1474          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1475          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1476          */
1477         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1478             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1479                 return;
1480
1481         /*
1482          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1483          * this if it permits more items per-slab.
1484          *
1485          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1486          * Historically this was not done because the VM could not
1487          * efficiently handle contiguous allocations.
1488          */
1489         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1490             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1491                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1492                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1493                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1494                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1495                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1496                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1497                     "calculated ipers = %d, "
1498                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1499                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1500                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1501                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1502         }
1503
1504         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1505             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1506                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1507 }
1508
1509 /*
1510  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1511  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1512  * more complicated.
1513  *
1514  * Arguments
1515  *      keg  The keg we should initialize
1516  *
1517  * Returns
1518  *      Nothing
1519  */
1520 static void
1521 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1522 {
1523
1524         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1525         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1526             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1527
1528         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1529         keg->uk_ipers = 1;
1530         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1531
1532         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1533         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0 &&
1534             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < SIZEOF_UMA_SLAB) {
1535                 /*
1536                  * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1537                  * we need an extra page per allocation to contain the
1538                  * slab header.
1539                  */
1540                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1541                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1542                 else
1543                         keg->uk_ppera++;
1544         }
1545
1546         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1547             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1548                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1549 }
1550
1551 static void
1552 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1553 {
1554         int alignsize;
1555         int trailer;
1556         int pages;
1557         int rsize;
1558
1559         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1560             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1561
1562         alignsize = keg->uk_align + 1;
1563         rsize = keg->uk_size;
1564         /*
1565          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1566          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1567          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1568          * would fall on the same boundary every time.
1569          */
1570         if (rsize & keg->uk_align)
1571                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1572         if ((rsize & alignsize) == 0)
1573                 rsize += alignsize;
1574         trailer = rsize - keg->uk_size;
1575         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1576         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1577         keg->uk_rsize = rsize;
1578         keg->uk_ppera = pages;
1579         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1580         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1581         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1582             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1583             keg->uk_ipers));
1584 }
1585
1586 /*
1587  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1588  * the keg onto the global keg list.
1589  *
1590  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1591  *      udata  Actually uma_kctor_args
1592  */
1593 static int
1594 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1595 {
1596         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1597         uma_keg_t keg = mem;
1598         uma_zone_t zone;
1599
1600         bzero(keg, size);
1601         keg->uk_size = arg->size;
1602         keg->uk_init = arg->uminit;
1603         keg->uk_fini = arg->fini;
1604         keg->uk_align = arg->align;
1605         keg->uk_free = 0;
1606         keg->uk_reserve = 0;
1607         keg->uk_pages = 0;
1608         keg->uk_flags = arg->flags;
1609         keg->uk_slabzone = NULL;
1610
1611         /*
1612          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1613          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1614          * iterator is never run.
1615          */
1616         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1617         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1618
1619         /*
1620          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1621          */
1622         zone = arg->zone;
1623         keg->uk_name = zone->uz_name;
1624
1625         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1626                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1627
1628         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1629                 keg->uk_init = zero_init;
1630
1631         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1632                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1633
1634         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1635 #ifdef SMP
1636                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1637 #else
1638                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1639 #endif
1640
1641         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1642                 keg_cachespread_init(keg);
1643         } else {
1644                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1645                         keg_large_init(keg);
1646                 else
1647                         keg_small_init(keg);
1648         }
1649
1650         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1651                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1652
1653         /*
1654          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1655          * startup cache until the vm is ready.
1656          */
1657         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1658                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1659 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1660         else if (keg->uk_ppera == 1)
1661                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1662 #endif
1663         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1664                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1665         else
1666                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1667 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1668         if (keg->uk_ppera == 1)
1669                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1670         else
1671 #endif
1672         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1673                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1674         else
1675                 keg->uk_freef = page_free;
1676
1677         /*
1678          * Initialize keg's lock
1679          */
1680         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1681
1682         /*
1683          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1684          * figure out where in each page it goes.  See SIZEOF_UMA_SLAB
1685          * macro definition.
1686          */
1687         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1688                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - SIZEOF_UMA_SLAB;
1689                 /*
1690                  * The only way the following is possible is if with our
1691                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1692                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1693                  * mathematically possible for all cases, so we make
1694                  * sure here anyway.
1695                  */
1696                 KASSERT(keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab) <=
1697                     PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
1698                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
1699                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
1700         }
1701
1702         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1703                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1704
1705         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1706             keg, zone->uz_name, zone,
1707             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1708             keg->uk_free);
1709
1710         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1711
1712         rw_wlock(&uma_rwlock);
1713         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1714         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1715         return (0);
1716 }
1717
1718 /*
1719  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1720  *
1721  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1722  *      udata  Actually uma_zctor_args
1723  */
1724 static int
1725 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1726 {
1727         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1728         uma_zone_t zone = mem;
1729         uma_zone_t z;
1730         uma_keg_t keg;
1731
1732         bzero(zone, size);
1733         zone->uz_name = arg->name;
1734         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1735         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1736         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1737         zone->uz_init = NULL;
1738         zone->uz_fini = NULL;
1739         zone->uz_allocs = 0;
1740         zone->uz_frees = 0;
1741         zone->uz_fails = 0;
1742         zone->uz_sleeps = 0;
1743         zone->uz_count = 0;
1744         zone->uz_count_min = 0;
1745         zone->uz_count_max = BUCKET_MAX;
1746         zone->uz_flags = 0;
1747         zone->uz_warning = NULL;
1748         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1749         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1750         zone->uz_bkt_max = ULONG_MAX;
1751         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1752
1753         /*
1754          * This is a pure cache zone, no kegs.
1755          */
1756         if (arg->import) {
1757                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1758                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1759                 zone->uz_flags = arg->flags;
1760                 zone->uz_size = arg->size;
1761                 zone->uz_import = arg->import;
1762                 zone->uz_release = arg->release;
1763                 zone->uz_arg = arg->arg;
1764                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1765                 ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1766                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1767                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1768                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1769                 goto out;
1770         }
1771
1772         /*
1773          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1774          */
1775         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1776         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1777         zone->uz_arg = zone;
1778         keg = arg->keg;
1779
1780         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1781                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1782                 zone->uz_init = arg->uminit;
1783                 zone->uz_fini = arg->fini;
1784                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1785                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1786                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1787                 ZONE_LOCK(zone);
1788                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1789                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1790                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1791                                 break;
1792                         }
1793                 }
1794                 ZONE_UNLOCK(zone);
1795                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1796         } else if (keg == NULL) {
1797                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1798                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1799                         return (ENOMEM);
1800         } else {
1801                 struct uma_kctor_args karg;
1802                 int error;
1803
1804                 /* We should only be here from uma_startup() */
1805                 karg.size = arg->size;
1806                 karg.uminit = arg->uminit;
1807                 karg.fini = arg->fini;
1808                 karg.align = arg->align;
1809                 karg.flags = arg->flags;
1810                 karg.zone = zone;
1811                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1812                     flags);
1813                 if (error)
1814                         return (error);
1815         }
1816
1817         zone->uz_keg = keg;
1818         zone->uz_size = keg->uk_size;
1819         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1820             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1821
1822         /*
1823          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1824          * caches.  If we're internal, bail out here.
1825          */
1826         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1827                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1828                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1829                 return (0);
1830         }
1831
1832 out:
1833         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1834             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1835             ("Invalid zone flag combination"));
1836         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1837                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1838         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1839                 zone->uz_count = 0;
1840         else
1841                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1842         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1843
1844         return (0);
1845 }
1846
1847 /*
1848  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1849  * table and removes the keg from the global list.
1850  *
1851  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1852  *      udata  unused
1853  */
1854 static void
1855 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1856 {
1857         uma_keg_t keg;
1858
1859         keg = (uma_keg_t)arg;
1860         KEG_LOCK(keg);
1861         if (keg->uk_free != 0) {
1862                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1863                     " Lost %d pages of memory.\n",
1864                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1865                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1866         }
1867         KEG_UNLOCK(keg);
1868
1869         hash_free(&keg->uk_hash);
1870
1871         KEG_LOCK_FINI(keg);
1872 }
1873
1874 /*
1875  * Zone header dtor.
1876  *
1877  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1878  *      udata  unused
1879  */
1880 static void
1881 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1882 {
1883         uma_zone_t zone;
1884         uma_keg_t keg;
1885
1886         zone = (uma_zone_t)arg;
1887
1888         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1889                 cache_drain(zone);
1890
1891         rw_wlock(&uma_rwlock);
1892         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1893         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1894         /*
1895          * XXX there are some races here where
1896          * the zone can be drained but zone lock
1897          * released and then refilled before we
1898          * remove it... we dont care for now
1899          */
1900         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1901         /*
1902          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1903          */
1904         if ((keg = zone->uz_keg) != NULL &&
1905             (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1906                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1907                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1908                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1909                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1910         }
1911         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
1912                 ZONE_LOCK_FINI(zone);
1913 }
1914
1915 /*
1916  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1917  *
1918  * Arguments:
1919  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1920  *              as an argument.
1921  *
1922  * Returns:
1923  *      Nothing
1924  */
1925 static void
1926 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1927 {
1928         uma_keg_t keg;
1929         uma_zone_t zone;
1930
1931         rw_rlock(&uma_rwlock);
1932         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1933                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1934                         zfunc(zone);
1935         }
1936         rw_runlock(&uma_rwlock);
1937 }
1938
1939 /*
1940  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1941  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1942  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1943  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1944  */
1945 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1946 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1947 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1948 static int zsize, ksize;
1949 int
1950 uma_startup_count(int vm_zones)
1951 {
1952         int zones, pages;
1953
1954         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
1955             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
1956         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
1957             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
1958             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
1959
1960         /*
1961          * Memory for the zone of kegs and its keg,
1962          * and for zone of zones.
1963          */
1964         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
1965             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
1966
1967 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
1968         zones = UMA_BOOT_ZONES;
1969 #else
1970         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
1971         vm_zones = 0;
1972 #endif
1973
1974         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
1975         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE) {
1976                 /* See keg_large_init(). */
1977                 u_int ppera;
1978
1979                 ppera = howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), PAGE_SIZE);
1980                 if (PAGE_SIZE * ppera - roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) <
1981                     SIZEOF_UMA_SLAB)
1982                         ppera++;
1983                 pages += (zones + vm_zones) * ppera;
1984         } else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
1985                 /* See keg_small_init() special case for uk_ppera = 1. */
1986                 pages += zones;
1987         else
1988                 pages += howmany(zones,
1989                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
1990
1991         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
1992         pages += howmany(zones + 1,
1993             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
1994
1995         /*
1996          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
1997          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
1998          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
1999          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2000          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2001          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2002          */
2003         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2004             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2005
2006         return (pages);
2007 }
2008
2009 void
2010 uma_startup(void *mem, int npages)
2011 {
2012         struct uma_zctor_args args;
2013         uma_keg_t masterkeg;
2014         uintptr_t m;
2015
2016 #ifdef DIAGNOSTIC
2017         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2018 #endif
2019
2020         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2021
2022         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2023         m = (uintptr_t)mem;
2024         zones = (uma_zone_t)m;
2025         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2026         kegs = (uma_zone_t)m;
2027         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2028         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2029         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2030         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2031         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2032         mem = (void *)m;
2033
2034         /* "manually" create the initial zone */
2035         memset(&args, 0, sizeof(args));
2036         args.name = "UMA Kegs";
2037         args.size = ksize;
2038         args.ctor = keg_ctor;
2039         args.dtor = keg_dtor;
2040         args.uminit = zero_init;
2041         args.fini = NULL;
2042         args.keg = masterkeg;
2043         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2044         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2045         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2046
2047         bootmem = mem;
2048         boot_pages = npages;
2049
2050         args.name = "UMA Zones";
2051         args.size = zsize;
2052         args.ctor = zone_ctor;
2053         args.dtor = zone_dtor;
2054         args.uminit = zero_init;
2055         args.fini = NULL;
2056         args.keg = NULL;
2057         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2058         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2059         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2060
2061         /* Now make a zone for slab headers */
2062         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2063                                 sizeof(struct uma_slab),
2064                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2065                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2066
2067         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2068             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2069             NULL, NULL, NULL, NULL,
2070             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2071
2072         bucket_init();
2073
2074         booted = BOOT_STRAPPED;
2075 }
2076
2077 void
2078 uma_startup1(void)
2079 {
2080
2081 #ifdef DIAGNOSTIC
2082         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2083 #endif
2084         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2085 }
2086
2087 void
2088 uma_startup2(void)
2089 {
2090
2091 #ifdef DIAGNOSTIC
2092         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2093 #endif
2094         booted = BOOT_BUCKETS;
2095         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2096         bucket_enable();
2097 }
2098
2099 /*
2100  * Initialize our callout handle
2101  *
2102  */
2103 static void
2104 uma_startup3(void)
2105 {
2106
2107 #ifdef INVARIANTS
2108         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2109         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2110         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2111 #endif
2112         callout_init(&uma_callout, 1);
2113         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2114         booted = BOOT_RUNNING;
2115 }
2116
2117 static uma_keg_t
2118 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2119                 int align, uint32_t flags)
2120 {
2121         struct uma_kctor_args args;
2122
2123         args.size = size;
2124         args.uminit = uminit;
2125         args.fini = fini;
2126         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2127         args.flags = flags;
2128         args.zone = zone;
2129         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2130 }
2131
2132 /* Public functions */
2133 /* See uma.h */
2134 void
2135 uma_set_align(int align)
2136 {
2137
2138         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2139                 uma_align_cache = align;
2140 }
2141
2142 /* See uma.h */
2143 uma_zone_t
2144 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2145                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2146
2147 {
2148         struct uma_zctor_args args;
2149         uma_zone_t res;
2150         bool locked;
2151
2152         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2153             align, name));
2154
2155         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2156         memset(&args, 0, sizeof(args));
2157         args.name = name;
2158         args.size = size;
2159         args.ctor = ctor;
2160         args.dtor = dtor;
2161         args.uminit = uminit;
2162         args.fini = fini;
2163 #ifdef  INVARIANTS
2164         /*
2165          * If a zone is being created with an empty constructor and
2166          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2167          * memory use after free.
2168          */
2169         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2170             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2171                 args.ctor = trash_ctor;
2172                 args.dtor = trash_dtor;
2173                 args.uminit = trash_init;
2174                 args.fini = trash_fini;
2175         }
2176 #endif
2177         args.align = align;
2178         args.flags = flags;
2179         args.keg = NULL;
2180
2181         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2182                 locked = false;
2183         } else {
2184                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2185                 locked = true;
2186         }
2187         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2188         if (locked)
2189                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2190         return (res);
2191 }
2192
2193 /* See uma.h */
2194 uma_zone_t
2195 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2196                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2197 {
2198         struct uma_zctor_args args;
2199         uma_keg_t keg;
2200         uma_zone_t res;
2201         bool locked;
2202
2203         keg = master->uz_keg;
2204         memset(&args, 0, sizeof(args));
2205         args.name = name;
2206         args.size = keg->uk_size;
2207         args.ctor = ctor;
2208         args.dtor = dtor;
2209         args.uminit = zinit;
2210         args.fini = zfini;
2211         args.align = keg->uk_align;
2212         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2213         args.keg = keg;
2214
2215         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2216                 locked = false;
2217         } else {
2218                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2219                 locked = true;
2220         }
2221         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2222         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2223         if (locked)
2224                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2225         return (res);
2226 }
2227
2228 /* See uma.h */
2229 uma_zone_t
2230 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2231                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2232                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2233 {
2234         struct uma_zctor_args args;
2235
2236         memset(&args, 0, sizeof(args));
2237         args.name = name;
2238         args.size = size;
2239         args.ctor = ctor;
2240         args.dtor = dtor;
2241         args.uminit = zinit;
2242         args.fini = zfini;
2243         args.import = zimport;
2244         args.release = zrelease;
2245         args.arg = arg;
2246         args.align = 0;
2247         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
2248
2249         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2250 }
2251
2252 /* See uma.h */
2253 void
2254 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2255 {
2256
2257         sx_slock(&uma_drain_lock);
2258         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2259         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2260 }
2261
2262 void
2263 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2264 {
2265         void *item;
2266
2267         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2268         uma_zfree(zone, item);
2269 }
2270
2271 void *
2272 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2273 {
2274         void *item;
2275 #ifdef SMP
2276         int i;
2277
2278         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2279 #endif
2280         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2281         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2282 #ifdef SMP
2283                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2284                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2285 #else
2286                 bzero(item, zone->uz_size);
2287 #endif
2288         }
2289         return (item);
2290 }
2291
2292 /*
2293  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2294  */
2295 void
2296 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2297 {
2298
2299 #ifdef SMP
2300         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2301 #endif
2302         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2303 }
2304
2305 /* See uma.h */
2306 void *
2307 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2308 {
2309         uma_zone_domain_t zdom;
2310         uma_bucket_t bucket;
2311         uma_cache_t cache;
2312         void *item;
2313         int cpu, domain, lockfail, maxbucket;
2314 #ifdef INVARIANTS
2315         bool skipdbg;
2316 #endif
2317
2318         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2319         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2320
2321         /* This is the fast path allocation */
2322         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2323             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2324
2325         if (flags & M_WAITOK) {
2326                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2327                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2328         }
2329         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2330         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2331             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2332         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2333                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2334                     "with M_ZERO passed"));
2335
2336 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2337         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2338                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2339                 if (item != NULL) {
2340                         if (zone->uz_init != NULL &&
2341                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2342                                 return (NULL);
2343                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2344                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2345                             flags) != 0) {
2346                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2347                                 return (NULL);
2348                         }
2349                         return (item);
2350                 }
2351                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2352         }
2353 #endif
2354         /*
2355          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2356          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2357          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2358          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2359          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2360          * preemption and migration.  We release the critical section in
2361          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2362          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2363          * must detect and handle migration if it has occurred.
2364          */
2365 zalloc_restart:
2366         critical_enter();
2367         cpu = curcpu;
2368         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2369
2370 zalloc_start:
2371         bucket = cache->uc_allocbucket;
2372         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2373                 bucket->ub_cnt--;
2374                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2375 #ifdef INVARIANTS
2376                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2377 #endif
2378                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2379                 cache->uc_allocs++;
2380                 critical_exit();
2381 #ifdef INVARIANTS
2382                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2383 #endif
2384                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2385 #ifdef INVARIANTS
2386                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2387                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2388 #endif
2389                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2390                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2391                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2392                         return (NULL);
2393                 }
2394 #ifdef INVARIANTS
2395                 if (!skipdbg)
2396                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2397 #endif
2398                 if (flags & M_ZERO)
2399                         uma_zero_item(item, zone);
2400                 return (item);
2401         }
2402
2403         /*
2404          * We have run out of items in our alloc bucket.
2405          * See if we can switch with our free bucket.
2406          */
2407         bucket = cache->uc_freebucket;
2408         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2409                 CTR2(KTR_UMA,
2410                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2411                     zone->uz_name, zone);
2412                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2413                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2414                 goto zalloc_start;
2415         }
2416
2417         /*
2418          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2419          */
2420         bucket = cache->uc_allocbucket;
2421         cache->uc_allocbucket = NULL;
2422         critical_exit();
2423         if (bucket != NULL)
2424                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2425
2426         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2427                 domain = PCPU_GET(domain);
2428                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2429                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2430         } else
2431                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2432
2433         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2434         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable) {
2435                 ZONE_LOCK(zone);
2436                 goto zalloc_item;
2437         }
2438
2439         /*
2440          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2441          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2442          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2443          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2444          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2445          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2446          * the critical section.
2447          */
2448         lockfail = 0;
2449         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2450                 /* Record contention to size the buckets. */
2451                 ZONE_LOCK(zone);
2452                 lockfail = 1;
2453         }
2454         critical_enter();
2455         cpu = curcpu;
2456         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2457
2458         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2459         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2460                 ZONE_UNLOCK(zone);
2461                 goto zalloc_start;
2462         }
2463
2464         /*
2465          * Check the zone's cache of buckets.
2466          */
2467         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2468                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2469         else
2470                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2471         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2472                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2473                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2474                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2475                 ZONE_UNLOCK(zone);
2476                 goto zalloc_start;
2477         }
2478         /* We are no longer associated with this CPU. */
2479         critical_exit();
2480
2481         /*
2482          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2483          * handle the working set.
2484          */
2485         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
2486                 zone->uz_count++;
2487
2488         if (zone->uz_max_items > 0) {
2489                 if (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2490                         goto zalloc_item;
2491                 maxbucket = MIN(zone->uz_count,
2492                     zone->uz_max_items - zone->uz_items);
2493         } else
2494                 maxbucket = zone->uz_count;
2495         zone->uz_items += maxbucket;
2496         ZONE_UNLOCK(zone);
2497
2498         /*
2499          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2500          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2501          * will use the just filled bucket.
2502          */
2503         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags, maxbucket);
2504         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2505             zone->uz_name, zone, bucket);
2506         ZONE_LOCK(zone);
2507         if (bucket != NULL) {
2508                 if (bucket->ub_cnt < maxbucket) {
2509                         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE ||
2510                             zone->uz_items >= maxbucket - bucket->ub_cnt);
2511                         zone->uz_items -= maxbucket - bucket->ub_cnt;
2512                         if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2513                             zone->uz_items < zone->uz_max_items)
2514                                 wakeup_one(zone);
2515                 }
2516                 critical_enter();
2517                 cpu = curcpu;
2518                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2519
2520                 /*
2521                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2522                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2523                  * the memory directly.
2524                  */
2525                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2526                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2527                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2528                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2529                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2530                 } else if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
2531                         critical_exit();
2532                         ZONE_UNLOCK(zone);
2533                         bucket_drain(zone, bucket);
2534                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2535                         goto zalloc_restart;
2536                 } else
2537                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2538                 ZONE_UNLOCK(zone);
2539                 goto zalloc_start;
2540         } else {
2541                 zone->uz_items -= maxbucket;
2542                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2543                     zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2544                         wakeup_one(zone);
2545         }
2546
2547         /*
2548          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2549          */
2550 zalloc_item:
2551         item = zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags);
2552
2553         return (item);
2554 }
2555
2556 void *
2557 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2558 {
2559
2560         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2561         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2562
2563         /* This is the fast path allocation */
2564         CTR5(KTR_UMA,
2565             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2566             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2567
2568         if (flags & M_WAITOK) {
2569                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2570                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2571         }
2572         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2573             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2574
2575         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2576 }
2577
2578 /*
2579  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2580  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2581  *
2582  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2583  * only 'domain'.
2584  */
2585 static uma_slab_t
2586 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2587 {
2588         uma_domain_t dom;
2589         uma_slab_t slab;
2590         int start;
2591
2592         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2593             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2594         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2595
2596         slab = NULL;
2597         start = domain;
2598         do {
2599                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2600                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2601                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2602                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2603                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2604                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2605                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2606                         return (slab);
2607                 }
2608                 if (rr)
2609                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2610         } while (domain != start);
2611
2612         return (NULL);
2613 }
2614
2615 static uma_slab_t
2616 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2617 {
2618         uint32_t reserve;
2619
2620         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2621
2622         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2623         if (keg->uk_free <= reserve)
2624                 return (NULL);
2625         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2626 }
2627
2628 static uma_slab_t
2629 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2630 {
2631         struct vm_domainset_iter di;
2632         uma_domain_t dom;
2633         uma_slab_t slab;
2634         int aflags, domain;
2635         bool rr;
2636
2637 restart:
2638         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2639
2640         /*
2641          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2642          * domain (as happens with first-touch zones).
2643          *
2644          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2645          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2646          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2647          */
2648         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2649         if (rr) {
2650                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2651                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2652                     &aflags);
2653         } else {
2654                 aflags = flags;
2655                 domain = rdomain;
2656         }
2657
2658         for (;;) {
2659                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2660                 if (slab != NULL) {
2661                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2662                         return (slab);
2663                 }
2664
2665                 /*
2666                  * M_NOVM means don't ask at all!
2667                  */
2668                 if (flags & M_NOVM)
2669                         break;
2670
2671                 KASSERT(zone->uz_max_items == 0 ||
2672                     zone->uz_items <= zone->uz_max_items,
2673                     ("%s: zone %p overflow", __func__, zone));
2674
2675                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, aflags);
2676                 /*
2677                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2678                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2679                  * at least one item.
2680                  */
2681                 if (slab) {
2682                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2683                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2684                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2685                         return (slab);
2686                 }
2687                 KEG_LOCK(keg);
2688                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2689                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2690                                 KEG_UNLOCK(keg);
2691                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2692                                 KEG_LOCK(keg);
2693                                 goto restart;
2694                         }
2695                         break;
2696                 }
2697         }
2698
2699         /*
2700          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2701          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2702          * fail.
2703          */
2704         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2705                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2706                 return (slab);
2707         }
2708         return (NULL);
2709 }
2710
2711 static uma_slab_t
2712 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2713 {
2714         uma_slab_t slab;
2715
2716         if (keg == NULL) {
2717                 keg = zone->uz_keg;
2718                 KEG_LOCK(keg);
2719         }
2720
2721         for (;;) {
2722                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2723                 if (slab)
2724                         return (slab);
2725                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2726                         break;
2727         }
2728         KEG_UNLOCK(keg);
2729         return (NULL);
2730 }
2731
2732 static void *
2733 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2734 {
2735         uma_domain_t dom;
2736         void *item;
2737         uint8_t freei;
2738
2739         MPASS(keg == slab->us_keg);
2740         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2741
2742         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2743         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2744         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2745         slab->us_freecount--;
2746         keg->uk_free--;
2747
2748         /* Move this slab to the full list */
2749         if (slab->us_freecount == 0) {
2750                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2751                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2752                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2753         }
2754
2755         return (item);
2756 }
2757
2758 static int
2759 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2760 {
2761         uma_slab_t slab;
2762         uma_keg_t keg;
2763 #ifdef NUMA
2764         int stripe;
2765 #endif
2766         int i;
2767
2768         slab = NULL;
2769         keg = NULL;
2770         /* Try to keep the buckets totally full */
2771         for (i = 0; i < max; ) {
2772                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2773                         break;
2774                 keg = slab->us_keg;
2775 #ifdef NUMA
2776                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2777 #endif
2778                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2779                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2780                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2781                                 break;
2782 #ifdef NUMA
2783                         /*
2784                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2785                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2786                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2787                          * than stripe within each bucket.  The current option
2788                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2789                          * time but yields better distribution.
2790                          */
2791                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2792                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2793                                 break;
2794 #endif
2795                 }
2796                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2797                 flags &= ~M_WAITOK;
2798                 flags |= M_NOWAIT;
2799         }
2800         if (slab != NULL)
2801                 KEG_UNLOCK(keg);
2802
2803         return i;
2804 }
2805
2806 static uma_bucket_t
2807 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags, int max)
2808 {
2809         uma_bucket_t bucket;
2810
2811         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
2812
2813         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2814         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2815         if (bucket == NULL)
2816                 return (NULL);
2817
2818         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2819             max, domain, flags);
2820
2821         /*
2822          * Initialize the memory if necessary.
2823          */
2824         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2825                 int i;
2826
2827                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2828                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2829                             flags) != 0)
2830                                 break;
2831                 /*
2832                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2833                  * rest back onto the freelist.
2834                  */
2835                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2836                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2837                             bucket->ub_cnt - i);
2838 #ifdef INVARIANTS
2839                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2840                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2841 #endif
2842                         bucket->ub_cnt = i;
2843                 }
2844         }
2845
2846         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2847                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2848                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2849                 return (NULL);
2850         }
2851
2852         return (bucket);
2853 }
2854
2855 /*
2856  * Allocates a single item from a zone.
2857  *
2858  * Arguments
2859  *      zone   The zone to alloc for.
2860  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2861  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
2862  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2863  *
2864  * Returns
2865  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2866  *      An item if successful
2867  */
2868
2869 static void *
2870 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2871 {
2872
2873         ZONE_LOCK(zone);
2874         return (zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags));
2875 }
2876
2877 /*
2878  * Returns with zone unlocked.
2879  */
2880 static void *
2881 zone_alloc_item_locked(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2882 {
2883         void *item;
2884 #ifdef INVARIANTS
2885         bool skipdbg;
2886 #endif
2887
2888         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
2889
2890         if (zone->uz_max_items > 0 && zone->uz_items >= zone->uz_max_items) {
2891                 zone_log_warning(zone);
2892                 zone_maxaction(zone);
2893                 if (flags & M_NOWAIT) {
2894                         ZONE_UNLOCK(zone);
2895                         return (NULL);
2896                 }
2897                 zone->uz_sleeps++;
2898                 zone->uz_sleepers++;
2899                 while (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2900                         mtx_sleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonelimit", 0);
2901                 zone->uz_sleepers--;
2902                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2903                     zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2904                         wakeup_one(zone);
2905         }
2906
2907         zone->uz_items++;
2908         zone->uz_allocs++;
2909         ZONE_UNLOCK(zone);
2910
2911         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
2912                 /* avoid allocs targeting empty domains */
2913                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2914                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2915         }
2916         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
2917                 goto fail;
2918
2919 #ifdef INVARIANTS
2920         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2921 #endif
2922         /*
2923          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2924          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2925          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2926          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2927          */
2928         if (zone->uz_init != NULL) {
2929                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2930                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
2931                         goto fail;
2932                 }
2933         }
2934         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2935 #ifdef INVARIANTS
2936             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2937             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2938 #endif
2939             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2940                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2941                 goto fail;
2942         }
2943 #ifdef INVARIANTS
2944         if (!skipdbg)
2945                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2946 #endif
2947         if (flags & M_ZERO)
2948                 uma_zero_item(item, zone);
2949
2950         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
2951             zone->uz_name, zone);
2952
2953         return (item);
2954
2955 fail:
2956         ZONE_LOCK(zone);
2957         zone->uz_items--;
2958         zone->uz_allocs--;
2959         ZONE_UNLOCK(zone);
2960         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2961         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
2962             zone->uz_name, zone);
2963         return (NULL);
2964 }
2965
2966 /* See uma.h */
2967 void
2968 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2969 {
2970         uma_cache_t cache;
2971         uma_bucket_t bucket;
2972         uma_zone_domain_t zdom;
2973         int cpu, domain;
2974         bool lockfail;
2975 #ifdef INVARIANTS
2976         bool skipdbg;
2977 #endif
2978
2979         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2980         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2981
2982         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2983             zone->uz_name);
2984
2985         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2986             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
2987
2988         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2989         if (item == NULL)
2990                 return;
2991 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2992         if (is_memguard_addr(item)) {
2993                 if (zone->uz_dtor != NULL)
2994                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2995                 if (zone->uz_fini != NULL)
2996                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2997                 memguard_free(item);
2998                 return;
2999         }
3000 #endif
3001 #ifdef INVARIANTS
3002         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3003         if (skipdbg == false) {
3004                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3005                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3006                 else
3007                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3008         }
3009         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3010             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3011 #else
3012         if (zone->uz_dtor != NULL)
3013 #endif
3014                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3015
3016         /*
3017          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3018          * a little longer for the limits to be reset.
3019          */
3020         if (zone->uz_sleepers > 0)
3021                 goto zfree_item;
3022
3023         /*
3024          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3025          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3026          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3027          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3028          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3029          * preemption and migration.  We release the critical section in
3030          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3031          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3032          * detect and handle migration if it has occurred.
3033          */
3034 zfree_restart:
3035         critical_enter();
3036         cpu = curcpu;
3037         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3038
3039 zfree_start:
3040         /*
3041          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3042          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3043          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3044          */
3045         bucket = cache->uc_allocbucket;
3046         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3047                 bucket = cache->uc_freebucket;
3048         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3049                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3050                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3051                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3052                 bucket->ub_cnt++;
3053                 cache->uc_frees++;
3054                 critical_exit();
3055                 return;
3056         }
3057
3058         /*
3059          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3060          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3061          * section.  Since the critical section is released, we may be
3062          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3063          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3064          * the critical section.
3065          */
3066         critical_exit();
3067         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3068                 goto zfree_item;
3069
3070         lockfail = false;
3071         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3072                 /* Record contention to size the buckets. */
3073                 ZONE_LOCK(zone);
3074                 lockfail = true;
3075         }
3076         critical_enter();
3077         cpu = curcpu;
3078         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3079
3080         bucket = cache->uc_freebucket;
3081         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3082                 ZONE_UNLOCK(zone);
3083                 goto zfree_start;
3084         }
3085         cache->uc_freebucket = NULL;
3086         /* We are no longer associated with this CPU. */
3087         critical_exit();
3088
3089         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3090                 domain = PCPU_GET(domain);
3091                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3092                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3093         } else
3094                 domain = 0;
3095         zdom = &zone->uz_domain[0];
3096
3097         /* Can we throw this on the zone full list? */
3098         if (bucket != NULL) {
3099                 CTR3(KTR_UMA,
3100                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3101                     zone->uz_name, zone, bucket);
3102                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3103                 KASSERT(bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
3104                     ("uma_zfree: Attempting to insert not full bucket onto the full list.\n"));
3105                 if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
3106                         ZONE_UNLOCK(zone);
3107                         bucket_drain(zone, bucket);
3108                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3109                         goto zfree_restart;
3110                 } else
3111                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3112         }
3113
3114         /*
3115          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3116          * handle the working set.
3117          */
3118         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
3119                 zone->uz_count++;
3120         ZONE_UNLOCK(zone);
3121
3122         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3123         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3124             zone->uz_name, zone, bucket);
3125         if (bucket) {
3126                 critical_enter();
3127                 cpu = curcpu;
3128                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3129                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3130                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3131                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3132                         cache->uc_freebucket = bucket;
3133                         goto zfree_start;
3134                 }
3135                 /*
3136                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3137                  * critical section to free the bucket.
3138                  */
3139                 critical_exit();
3140                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3141                 goto zfree_restart;
3142         }
3143
3144         /*
3145          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3146          */
3147 zfree_item:
3148         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3149 }
3150
3151 void
3152 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3153 {
3154
3155         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3156         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3157
3158         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3159             zone->uz_name);
3160
3161         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3162             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3163
3164         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3165         if (item == NULL)
3166                 return;
3167         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3168 }
3169
3170 static void
3171 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3172 {
3173         uma_keg_t keg;
3174         uma_domain_t dom;
3175         uint8_t freei;
3176
3177         keg = zone->uz_keg;
3178         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
3179         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
3180         MPASS(keg == slab->us_keg);
3181
3182         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3183
3184         /* Do we need to remove from any lists? */
3185         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3186                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3187                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3188         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3189                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3190                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3191         }
3192
3193         /* Slab management. */
3194         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3195         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3196         slab->us_freecount++;
3197
3198         /* Keg statistics. */
3199         keg->uk_free++;
3200 }
3201
3202 static void
3203 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3204 {
3205         void *item;
3206         uma_slab_t slab;
3207         uma_keg_t keg;
3208         uint8_t *mem;
3209         int i;
3210
3211         keg = zone->uz_keg;
3212         KEG_LOCK(keg);
3213         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3214                 item = bucket[i];
3215                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3216                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3217                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3218                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3219                         } else {
3220                                 mem += keg->uk_pgoff;
3221                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3222                         }
3223                 } else {
3224                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3225                         MPASS(slab->us_keg == keg);
3226                 }
3227                 slab_free_item(zone, slab, item);
3228         }
3229         KEG_UNLOCK(keg);
3230 }
3231
3232 /*
3233  * Frees a single item to any zone.
3234  *
3235  * Arguments:
3236  *      zone   The zone to free to
3237  *      item   The item we're freeing
3238  *      udata  User supplied data for the dtor
3239  *      skip   Skip dtors and finis
3240  */
3241 static void
3242 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3243 {
3244 #ifdef INVARIANTS
3245         bool skipdbg;
3246
3247         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3248         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3249                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3250                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3251                 else
3252                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3253         }
3254
3255         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3256             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3257             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3258 #else
3259         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3260 #endif
3261                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3262
3263         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3264                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3265
3266         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3267
3268         if (skip & SKIP_CNT)
3269                 return;
3270
3271         ZONE_LOCK(zone);
3272         zone->uz_frees++;
3273         zone->uz_items--;
3274         if (zone->uz_sleepers > 0 && zone->uz_items < zone->uz_max_items)
3275                 wakeup_one(zone);
3276         ZONE_UNLOCK(zone);
3277 }
3278
3279 /* See uma.h */
3280 int
3281 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3282 {
3283         struct uma_bucket_zone *ubz;
3284
3285         /*
3286          * If limit is very low we may need to limit how
3287          * much items are allowed in CPU caches.
3288          */
3289         ubz = &bucket_zones[0];
3290         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
3291                 if (ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus > nitems)
3292                         break;
3293         if (ubz == &bucket_zones[0])
3294                 nitems = ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus;
3295         else
3296                 ubz--;
3297
3298         ZONE_LOCK(zone);
3299         zone->uz_count_max = zone->uz_count = ubz->ubz_entries;
3300         if (zone->uz_count_min > zone->uz_count_max)
3301                 zone->uz_count_min = zone->uz_count_max;
3302         zone->uz_max_items = nitems;
3303         ZONE_UNLOCK(zone);
3304
3305         return (nitems);
3306 }
3307
3308 /* See uma.h */
3309 int
3310 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
3311 {
3312
3313         ZONE_LOCK(zone);
3314         zone->uz_bkt_max = nitems;
3315         ZONE_UNLOCK(zone);
3316
3317         return (nitems);
3318 }
3319
3320 /* See uma.h */
3321 int
3322 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3323 {
3324         int nitems;
3325
3326         ZONE_LOCK(zone);
3327         nitems = zone->uz_max_items;
3328         ZONE_UNLOCK(zone);
3329
3330         return (nitems);
3331 }
3332
3333 /* See uma.h */
3334 void
3335 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3336 {
3337
3338         ZONE_LOCK(zone);
3339         zone->uz_warning = warning;
3340         ZONE_UNLOCK(zone);
3341 }
3342
3343 /* See uma.h */
3344 void
3345 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3346 {
3347
3348         ZONE_LOCK(zone);
3349         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3350         ZONE_UNLOCK(zone);
3351 }
3352
3353 /* See uma.h */
3354 int
3355 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3356 {
3357         int64_t nitems;
3358         u_int i;
3359
3360         ZONE_LOCK(zone);
3361         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
3362         CPU_FOREACH(i) {
3363                 /*
3364                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3365                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3366                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3367                  */
3368                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3369                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3370         }
3371         ZONE_UNLOCK(zone);
3372
3373         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3374 }
3375
3376 /* See uma.h */
3377 void
3378 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3379 {
3380         uma_keg_t keg;
3381
3382         KEG_GET(zone, keg);
3383         KEG_LOCK(keg);
3384         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3385             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3386         keg->uk_init = uminit;
3387         KEG_UNLOCK(keg);
3388 }
3389
3390 /* See uma.h */
3391 void
3392 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3393 {
3394         uma_keg_t keg;
3395
3396         KEG_GET(zone, keg);
3397         KEG_LOCK(keg);
3398         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3399             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3400         keg->uk_fini = fini;
3401         KEG_UNLOCK(keg);
3402 }
3403
3404 /* See uma.h */
3405 void
3406 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3407 {
3408
3409         ZONE_LOCK(zone);
3410         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3411             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3412         zone->uz_init = zinit;
3413         ZONE_UNLOCK(zone);
3414 }
3415
3416 /* See uma.h */
3417 void
3418 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3419 {
3420
3421         ZONE_LOCK(zone);
3422         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3423             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3424         zone->uz_fini = zfini;
3425         ZONE_UNLOCK(zone);
3426 }
3427
3428 /* See uma.h */
3429 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3430 void
3431 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3432 {
3433         uma_keg_t keg;
3434
3435         KEG_GET(zone, keg);
3436         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3437         KEG_LOCK(keg);
3438         keg->uk_freef = freef;
3439         KEG_UNLOCK(keg);
3440 }
3441
3442 /* See uma.h */
3443 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3444 void
3445 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3446 {
3447         uma_keg_t keg;
3448
3449         KEG_GET(zone, keg);
3450         KEG_LOCK(keg);
3451         keg->uk_allocf = allocf;
3452         KEG_UNLOCK(keg);
3453 }
3454
3455 /* See uma.h */
3456 void
3457 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3458 {
3459         uma_keg_t keg;
3460
3461         KEG_GET(zone, keg);
3462         KEG_LOCK(keg);
3463         keg->uk_reserve = items;
3464         KEG_UNLOCK(keg);
3465 }
3466
3467 /* See uma.h */
3468 int
3469 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3470 {
3471         uma_keg_t keg;
3472         vm_offset_t kva;
3473         u_int pages;
3474
3475         KEG_GET(zone, keg);
3476
3477         pages = count / keg->uk_ipers;
3478         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3479                 pages++;
3480         pages *= keg->uk_ppera;
3481
3482 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3483         if (keg->uk_ppera > 1) {
3484 #else
3485         if (1) {
3486 #endif
3487                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3488                 if (kva == 0)
3489                         return (0);
3490         } else
3491                 kva = 0;
3492
3493         ZONE_LOCK(zone);
3494         MPASS(keg->uk_kva == 0);
3495         keg->uk_kva = kva;
3496         keg->uk_offset = 0;
3497         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
3498 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3499         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3500 #else
3501         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3502 #endif
3503         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3504         ZONE_UNLOCK(zone);
3505
3506         return (1);
3507 }
3508
3509 /* See uma.h */
3510 void
3511 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3512 {
3513         struct vm_domainset_iter di;
3514         uma_domain_t dom;
3515         uma_slab_t slab;
3516         uma_keg_t keg;
3517         int domain, flags, slabs;
3518
3519         KEG_GET(zone, keg);
3520         KEG_LOCK(keg);
3521         slabs = items / keg->uk_ipers;
3522         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3523                 slabs++;
3524         flags = M_WAITOK;
3525         vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain, &flags);
3526         while (slabs-- > 0) {
3527                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags);
3528                 if (slab == NULL)
3529                         return;
3530                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3531                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3532                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3533                 if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
3534                         break;
3535         }
3536         KEG_UNLOCK(keg);
3537 }
3538
3539 /* See uma.h */
3540 static void
3541 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3542 {
3543
3544         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3545         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3546         bucket_enable();
3547         zone_foreach(zone_drain);
3548         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3549                 cache_drain_safe(NULL);
3550                 zone_foreach(zone_drain);
3551         }
3552
3553         /*
3554          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3555          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3556          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3557          */
3558         zone_drain(slabzone);
3559         bucket_zone_drain();
3560 }
3561
3562 void
3563 uma_reclaim(void)
3564 {
3565
3566         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3567         uma_reclaim_locked(false);
3568         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3569 }
3570
3571 static volatile int uma_reclaim_needed;
3572
3573 void
3574 uma_reclaim_wakeup(void)
3575 {
3576
3577         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3578                 wakeup(uma_reclaim);
3579 }
3580
3581 void
3582 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3583 {
3584
3585         for (;;) {
3586                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3587                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3588                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3589                             hz);
3590                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3591                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3592                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3593                 uma_reclaim_locked(true);
3594                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3595                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3596                 /* Don't fire more than once per-second. */
3597                 pause("umarclslp", hz);
3598         }
3599 }
3600
3601 /* See uma.h */
3602 int
3603 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3604 {
3605         int full;
3606
3607         ZONE_LOCK(zone);
3608         full = zone->uz_sleepers > 0;
3609         ZONE_UNLOCK(zone);
3610         return (full);
3611 }
3612
3613 int
3614 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3615 {
3616         return (zone->uz_sleepers > 0);
3617 }
3618
3619 void *
3620 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3621 {
3622         struct domainset *policy;
3623         vm_offset_t addr;
3624         uma_slab_t slab;
3625
3626         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3627                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3628                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3629                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3630         }
3631         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3632         if (slab == NULL)
3633                 return (NULL);
3634         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3635             DOMAINSET_FIXED(domain);
3636         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3637         if (addr != 0) {
3638                 vsetslab(addr, slab);
3639                 slab->us_data = (void *)addr;
3640                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3641                 slab->us_size = size;
3642                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3643                     pmap_kextract(addr)));
3644                 uma_total_inc(size);
3645         } else {
3646                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3647         }
3648
3649         return ((void *)addr);
3650 }
3651
3652 void *
3653 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3654 {
3655
3656         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3657 }
3658
3659 void
3660 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3661 {
3662
3663         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3664             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3665         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3666         uma_total_dec(slab->us_size);
3667         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3668 }
3669
3670 static void
3671 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3672 {
3673
3674         bzero(item, zone->uz_size);
3675 }
3676
3677 unsigned long
3678 uma_limit(void)
3679 {
3680
3681         return (uma_kmem_limit);
3682 }
3683
3684 void
3685 uma_set_limit(unsigned long limit)
3686 {
3687
3688         uma_kmem_limit = limit;
3689 }
3690
3691 unsigned long
3692 uma_size(void)
3693 {
3694
3695         return (uma_kmem_total);
3696 }
3697
3698 long
3699 uma_avail(void)
3700 {
3701
3702         return (uma_kmem_limit - uma_kmem_total);
3703 }
3704
3705 void
3706 uma_print_stats(void)
3707 {
3708         zone_foreach(uma_print_zone);
3709 }
3710
3711 static void
3712 slab_print(uma_slab_t slab)
3713 {
3714         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3715                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3716 }
3717
3718 static void
3719 cache_print(uma_cache_t cache)
3720 {
3721         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3722                 cache->uc_allocbucket,
3723                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3724                 cache->uc_freebucket,
3725                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3726 }
3727
3728 static void
3729 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3730 {
3731         uma_domain_t dom;
3732         uma_slab_t slab;
3733         int i;
3734
3735         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3736             "out %d free %d\n",
3737             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3738             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3739             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3740             keg->uk_free);
3741         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3742                 dom = &keg->uk_domain[i];
3743                 printf("Part slabs:\n");
3744                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3745                         slab_print(slab);
3746                 printf("Free slabs:\n");
3747                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3748                         slab_print(slab);
3749                 printf("Full slabs:\n");
3750                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3751                         slab_print(slab);
3752         }
3753 }
3754
3755 void
3756 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3757 {
3758         uma_cache_t cache;
3759         int i;
3760
3761         printf("zone: %s(%p) size %d maxitems %lu flags %#x\n",
3762             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_max_items,
3763             zone->uz_flags);
3764         if (zone->uz_lockptr != &zone->uz_lock)
3765                 uma_print_keg(zone->uz_keg);
3766         CPU_FOREACH(i) {
3767                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3768                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3769                 cache_print(cache);
3770         }
3771 }
3772
3773 #ifdef DDB
3774 /*
3775  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3776  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3777  *
3778  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3779  * per-CPU cache statistic.
3780  *
3781  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3782  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3783  * directly so that we don't have to.
3784  */
3785 static void
3786 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3787     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3788 {
3789         uma_cache_t cache;
3790         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3791         int cachefree, cpu;
3792
3793         allocs = frees = sleeps = 0;
3794         cachefree = 0;
3795         CPU_FOREACH(cpu) {
3796                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3797                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3798                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3799                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3800                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3801                 allocs += cache->uc_allocs;
3802                 frees += cache->uc_frees;
3803         }
3804         allocs += z->uz_allocs;
3805         frees += z->uz_frees;
3806         sleeps += z->uz_sleeps;
3807         if (cachefreep != NULL)
3808                 *cachefreep = cachefree;
3809         if (allocsp != NULL)
3810                 *allocsp = allocs;
3811         if (freesp != NULL)
3812                 *freesp = frees;
3813         if (sleepsp != NULL)
3814                 *sleepsp = sleeps;
3815 }
3816 #endif /* DDB */
3817
3818 static int
3819 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3820 {
3821         uma_keg_t kz;
3822         uma_zone_t z;
3823         int count;
3824
3825         count = 0;
3826         rw_rlock(&uma_rwlock);
3827         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3828                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3829                         count++;
3830         }
3831         rw_runlock(&uma_rwlock);
3832         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3833 }
3834
3835 static int
3836 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3837 {
3838         struct uma_stream_header ush;
3839         struct uma_type_header uth;
3840         struct uma_percpu_stat *ups;
3841         uma_zone_domain_t zdom;
3842         struct sbuf sbuf;
3843         uma_cache_t cache;
3844         uma_keg_t kz;
3845         uma_zone_t z;
3846         int count, error, i;
3847
3848         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3849         if (error != 0)
3850                 return (error);
3851         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3852         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3853         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
3854
3855         count = 0;
3856         rw_rlock(&uma_rwlock);
3857         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3858                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3859                         count++;
3860         }
3861
3862         /*
3863          * Insert stream header.
3864          */
3865         bzero(&ush, sizeof(ush));
3866         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3867         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3868         ush.ush_count = count;
3869         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3870
3871         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3872                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3873                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3874                         ZONE_LOCK(z);
3875                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3876                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3877                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3878                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3879                         uth.uth_pages += (z->uz_items / kz->uk_ipers) *
3880                             kz->uk_ppera;
3881                         uth.uth_maxpages += (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
3882                             kz->uk_ppera;
3883                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
3884                         uth.uth_keg_free += z->uz_keg->uk_free;
3885
3886                         /*
3887                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3888                          * on the keg's zone list.
3889                          */
3890                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3891                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3892                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3893
3894                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3895                                 zdom = &z->uz_domain[i];
3896                                 uth.uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
3897                         }
3898                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3899                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3900                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3901                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3902                         /*
3903                          * While it is not normally safe to access the cache
3904                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3905                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3906                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3907                          * accept the possible race associated with bucket
3908                          * exchange during monitoring.
3909                          */
3910                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
3911                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
3912                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
3913                                     CPU_ABSENT(i))
3914                                         continue;
3915                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3916                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3917                                         ups[i].ups_cache_free +=
3918                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3919                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3920                                         ups[i].ups_cache_free +=
3921                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3922                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
3923                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
3924                         }
3925                         ZONE_UNLOCK(z);
3926                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3927                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
3928                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
3929                 }
3930         }
3931         rw_runlock(&uma_rwlock);
3932         error = sbuf_finish(&sbuf);
3933         sbuf_delete(&sbuf);
3934         free(ups, M_TEMP);
3935         return (error);
3936 }
3937
3938 int
3939 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3940 {
3941         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3942         int error, max;
3943
3944         max = uma_zone_get_max(zone);
3945         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3946         if (error || !req->newptr)
3947                 return (error);
3948
3949         uma_zone_set_max(zone, max);
3950
3951         return (0);
3952 }
3953
3954 int
3955 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3956 {
3957         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3958         int cur;
3959
3960         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3961         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3962 }
3963
3964 #ifdef INVARIANTS
3965 static uma_slab_t
3966 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
3967 {
3968         uma_slab_t slab;
3969         uma_keg_t keg;
3970         uint8_t *mem;
3971
3972         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3973         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
3974                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
3975         } else {
3976                 /*
3977                  * It is safe to return the slab here even though the
3978                  * zone is unlocked because the item's allocation state
3979                  * essentially holds a reference.
3980                  */
3981                 if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
3982                         return (NULL);
3983                 ZONE_LOCK(zone);
3984                 keg = zone->uz_keg;
3985                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
3986                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3987                 else
3988                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
3989                 ZONE_UNLOCK(zone);
3990         }
3991
3992         return (slab);
3993 }
3994
3995 static bool
3996 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
3997 {
3998
3999         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
4000                 return (true);
4001
4002         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
4003 }
4004
4005 static bool
4006 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4007 {
4008         uintptr_t idx;
4009
4010         if (dbg_divisor == 0)
4011                 return (true);
4012
4013         if (dbg_divisor == 1)
4014                 return (false);
4015
4016         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4017         if (keg->uk_ipers > 1) {
4018                 idx *= keg->uk_ipers;
4019                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4020         }
4021
4022         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4023                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4024                 return (true);
4025         }
4026         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4027
4028         return (false);
4029 }
4030
4031 /*
4032  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4033  *
4034  */
4035 static void
4036 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4037 {
4038         uma_keg_t keg;
4039         int freei;
4040
4041         if (slab == NULL) {
4042                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4043                 if (slab == NULL)
4044                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4045                             item, zone->uz_name);
4046         }
4047         keg = slab->us_keg;
4048         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4049
4050         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4051                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4052                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4053         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4054
4055         return;
4056 }
4057
4058 /*
4059  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4060  * and duplicate frees.
4061  *
4062  */
4063 static void
4064 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4065 {
4066         uma_keg_t keg;
4067         int freei;
4068
4069         if (slab == NULL) {
4070                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4071                 if (slab == NULL)
4072                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4073                             item, zone->uz_name);
4074         }
4075         keg = slab->us_keg;
4076         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4077
4078         if (freei >= keg->uk_ipers)
4079                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4080                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4081
4082         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4083                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4084                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4085
4086         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4087                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4088                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4089
4090         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4091 }
4092 #endif /* INVARIANTS */
4093
4094 #ifdef DDB
4095 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4096 {
4097         uma_keg_t kz;
4098         uma_zone_t z;
4099         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4100         long cachefree;
4101         int i;
4102
4103         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4104             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4105         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4106                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4107                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4108                                 allocs = z->uz_allocs;
4109                                 frees = z->uz_frees;
4110                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4111                                 cachefree = 0;
4112                         } else
4113                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4114                                     &frees, &sleeps);
4115                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4116                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4117                                 cachefree += kz->uk_free;
4118                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4119                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4120
4121                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u\n",
4122                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4123                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4124                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4125                         if (db_pager_quit)
4126                                 return;
4127                 }
4128         }
4129 }
4130
4131 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4132 {
4133         uma_zone_t z;
4134         uint64_t allocs, frees;
4135         long cachefree;
4136         int i;
4137
4138         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4139             "Requests", "Bucket");
4140         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4141                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4142                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4143                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4144                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4145                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4146                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4147                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4148                 if (db_pager_quit)
4149                         return;
4150         }
4151 }
4152 #endif  /* DDB */