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/eventhandler.h>
  63 #include <sys/kernel.h>
  64 #include <sys/types.h>
  65 #include <sys/limits.h>
  66 #include <sys/queue.h>
  67 #include <sys/malloc.h>
  68 #include <sys/ktr.h>
  69 #include <sys/lock.h>
  70 #include <sys/sysctl.h>
  71 #include <sys/mutex.h>
  72 #include <sys/proc.h>
  73 #include <sys/random.h>
  74 #include <sys/rwlock.h>
  75 #include <sys/sbuf.h>
  76 #include <sys/sched.h>
  77 #include <sys/smp.h>
  78 #include <sys/taskqueue.h>
  79 #include <sys/vmmeter.h>
  80
  81 #include <vm/vm.h>
  82 #include <vm/vm_object.h>
  83 #include <vm/vm_page.h>
  84 #include <vm/vm_pageout.h>
  85 #include <vm/vm_param.h>
  86 #include <vm/vm_phys.h>
  87 #include <vm/vm_map.h>
  88 #include <vm/vm_kern.h>
  89 #include <vm/vm_extern.h>
  90 #include <vm/uma.h>
  91 #include <vm/uma_int.h>
  92 #include <vm/uma_dbg.h>
  93
  94 #include <ddb/ddb.h>
  95
  96 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
  97 #include <vm/memguard.h>
  98 #endif
  99
 100 /*
 101  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 102  */
 103 static uma_zone_t kegs;
 104 static uma_zone_t zones;
 105
 106 /* This is the zone from which all offpage uma_slab_ts are allocated. */
 107 static uma_zone_t slabzone;
 108
 109 /*
 110  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 111  * prior to malloc coming up.
 112  */
 113 static uma_zone_t hashzone;
 114
 115 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 116 int uma_align_cache = 64 - 1;
 117
 118 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 119
 120 /*
 121  * Are we allowed to allocate buckets?
 122  */
 123 static int bucketdisable = 1;
 124
 125 /* Linked list of all kegs in the system */
 126 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 127
 128 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 129 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 130     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 131
 132 /* This RW lock protects the keg list */
 133 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 134
 135 /*
 136  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
 137  * startup to bootstrap UMA.
 138  */
 139 static char *bootmem;
 140 static int boot_pages;
 141
 142 static struct sx uma_drain_lock;
 143
 144 /* kmem soft limit. */
 145 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 146 static volatile unsigned long uma_kmem_total;
 147
 148 /* Is the VM done starting up? */
 149 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 150     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 151
 152 /*
 153  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 154  * outside of the allocation fast path.
 155  */
 156 static struct callout uma_callout;
 157 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 158
 159 /*
 160  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 161  * a special allocation function just for zones.
 162  */
 163 struct uma_zctor_args {
 164         const char *name;
 165         size_t size;
 166         uma_ctor ctor;
 167         uma_dtor dtor;
 168         uma_init uminit;
 169         uma_fini fini;
 170         uma_import import;
 171         uma_release release;
 172         void *arg;
 173         uma_keg_t keg;
 174         int align;
 175         uint32_t flags;
 176 };
 177
 178 struct uma_kctor_args {
 179         uma_zone_t zone;
 180         size_t size;
 181         uma_init uminit;
 182         uma_fini fini;
 183         int align;
 184         uint32_t flags;
 185 };
 186
 187 struct uma_bucket_zone {
 188         uma_zone_t      ubz_zone;
 189         char            *ubz_name;
 190         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 191         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 192 };
 193
 194 /*
 195  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 196  * of two sizes for more efficient space utilization.
 197  */
 198 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 199     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 200
 201 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 202
 203 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 204         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 205         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 206         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 207         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 208         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 209         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 210         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 211         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 212         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 213         { NULL, NULL, 0}
 214 };
 215
 216 /*
 217  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 218  */
 219 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
 220
 221 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 222
 223 /* Prototypes.. */
 224
 225 int     uma_startup_count(int);
 226 void    uma_startup(void *, int);
 227 void    uma_startup1(void);
 228 void    uma_startup2(void);
 229
 230 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 231 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 232 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 233 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 234 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 235 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 236 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int);
 237 static void cache_drain(uma_zone_t);
 238 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 239 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 240 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 241 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 242 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 243 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 244 static int zero_init(void *, int, int);
 245 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 246 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 247 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 248 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 249 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
 250 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 251 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 252 static void uma_timeout(void *);
 253 static void uma_startup3(void);
 254 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 255 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 256 static void bucket_enable(void);
 257 static void bucket_init(void);
 258 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 259 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 260 static void bucket_zone_drain(void);
 261 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 262 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 263 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 264 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 265 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
 266 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 267     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 268 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 269 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 270 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 271
 272 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 273 void uma_print_stats(void);
 274 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 275 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 276
 277 #ifdef INVARIANTS
 278 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 279 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 280 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 281 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 282
 283 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 284     "Memory allocation debugging");
 285
 286 static u_int dbg_divisor = 1;
 287 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 288     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 289     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 290
 291 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 292 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 293 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 294     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 295 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 296     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 297 #endif
 298
 299 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 300
 301 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 302     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 303
 304 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 305     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 306
 307 static int zone_warnings = 1;
 308 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 309     "Warn when UMA zones becomes full");
 310
 311 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 312 static inline void
 313 uma_total_dec(unsigned long size)
 314 {
 315
 316         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 317 }
 318
 319 static inline void
 320 uma_total_inc(unsigned long size)
 321 {
 322
 323         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 324                 uma_reclaim_wakeup();
 325 }
 326
 327 /*
 328  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 329  */
 330 static void
 331 bucket_enable(void)
 332 {
 333         bucketdisable = vm_page_count_min();
 334 }
 335
 336 /*
 337  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 338  *
 339  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 340  * of the header and an array of pointers.
 341  */
 342 static void
 343 bucket_init(void)
 344 {
 345         struct uma_bucket_zone *ubz;
 346         int size;
 347
 348         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 349                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 350                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 351                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 352                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 353                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 354         }
 355 }
 356
 357 /*
 358  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 359  * to allocate the bucket.
 360  */
 361 static struct uma_bucket_zone *
 362 bucket_zone_lookup(int entries)
 363 {
 364         struct uma_bucket_zone *ubz;
 365
 366         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 367                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 368                         return (ubz);
 369         ubz--;
 370         return (ubz);
 371 }
 372
 373 static int
 374 bucket_select(int size)
 375 {
 376         struct uma_bucket_zone *ubz;
 377
 378         ubz = &bucket_zones[0];
 379         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 380                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 381
 382         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 383                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 384                         break;
 385         ubz--;
 386         return (ubz->ubz_entries);
 387 }
 388
 389 static uma_bucket_t
 390 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 391 {
 392         struct uma_bucket_zone *ubz;
 393         uma_bucket_t bucket;
 394
 395         /*
 396          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 397          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 398          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 399          * low memory situations.
 400          */
 401         if (bucketdisable)
 402                 return (NULL);
 403         /*
 404          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 405          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 406          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 407          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 408          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 409          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 410          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 411          * free path.
 412          */
 413         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 414                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 415         else {
 416                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 417                         return (NULL);
 418                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 419         }
 420         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 421                 flags |= M_NOVM;
 422         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 423         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 424                 ubz++;
 425         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 426         if (bucket) {
 427 #ifdef INVARIANTS
 428                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 429 #endif
 430                 bucket->ub_cnt = 0;
 431                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 432         }
 433
 434         return (bucket);
 435 }
 436
 437 static void
 438 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 439 {
 440         struct uma_bucket_zone *ubz;
 441
 442         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 443             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 444         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 445                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 446         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 447         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 448 }
 449
 450 static void
 451 bucket_zone_drain(void)
 452 {
 453         struct uma_bucket_zone *ubz;
 454
 455         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 456                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 457 }
 458
 459 static void
 460 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 461 {
 462         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 463
 464         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 465                 return;
 466
 467         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 468                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 469 }
 470
 471 static inline void
 472 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 473 {
 474
 475         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 476                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 477 }
 478
 479 static void
 480 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
 481 {
 482         uma_klink_t klink;
 483
 484         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
 485                 kegfn(klink->kl_keg);
 486 }
 487
 488 /*
 489  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 490  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 491  *
 492  * Arguments:
 493  *      arg   Unused
 494  *
 495  * Returns:
 496  *      Nothing
 497  */
 498 static void
 499 uma_timeout(void *unused)
 500 {
 501         bucket_enable();
 502         zone_foreach(zone_timeout);
 503
 504         /* Reschedule this event */
 505         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 506 }
 507
 508 /*
 509  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 510  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 511  *
 512  *  Returns nothing.
 513  */
 514 static void
 515 keg_timeout(uma_keg_t keg)
 516 {
 517
 518         KEG_LOCK(keg);
 519         /*
 520          * Expand the keg hash table.
 521          *
 522          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 523          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 524          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 525          */
 526         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 527             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 528                 struct uma_hash newhash;
 529                 struct uma_hash oldhash;
 530                 int ret;
 531
 532                 /*
 533                  * This is so involved because allocating and freeing
 534                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 535                  * I have to do everything in stages and check for
 536                  * races.
 537                  */
 538                 newhash = keg->uk_hash;
 539                 KEG_UNLOCK(keg);
 540                 ret = hash_alloc(&newhash);
 541                 KEG_LOCK(keg);
 542                 if (ret) {
 543                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 544                                 oldhash = keg->uk_hash;
 545                                 keg->uk_hash = newhash;
 546                         } else
 547                                 oldhash = newhash;
 548
 549                         KEG_UNLOCK(keg);
 550                         hash_free(&oldhash);
 551                         return;
 552                 }
 553         }
 554         KEG_UNLOCK(keg);
 555 }
 556
 557 static void
 558 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 559 {
 560
 561         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
 562 }
 563
 564 /*
 565  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 566  * backing store.
 567  *
 568  * Arguments:
 569  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 570  *
 571  * Returns:
 572  *      1 on success and 0 on failure.
 573  */
 574 static int
 575 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
 576 {
 577         int oldsize;
 578         int alloc;
 579
 580         oldsize = hash->uh_hashsize;
 581
 582         /* We're just going to go to a power of two greater */
 583         if (oldsize)  {
 584                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
 585                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 586                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 587                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 588         } else {
 589                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 590                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 591                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 592                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 593         }
 594         if (hash->uh_slab_hash) {
 595                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 596                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 597                 return (1);
 598         }
 599
 600         return (0);
 601 }
 602
 603 /*
 604  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 605  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 606  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 607  *
 608  * Arguments:
 609  *      oldhash  The hash you want to expand
 610  *      newhash  The hash structure for the new table
 611  *
 612  * Returns:
 613  *      Nothing
 614  *
 615  * Discussion:
 616  */
 617 static int
 618 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 619 {
 620         uma_slab_t slab;
 621         int hval;
 622         int i;
 623
 624         if (!newhash->uh_slab_hash)
 625                 return (0);
 626
 627         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 628                 return (0);
 629
 630         /*
 631          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 632          * full rehash.
 633          */
 634
 635         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
 636                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
 637                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
 638                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
 639                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 640                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 641                             slab, us_hlink);
 642                 }
 643
 644         return (1);
 645 }
 646
 647 /*
 648  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 649  *
 650  * Arguments:
 651  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 652  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 653  *
 654  * Returns:
 655  *      Nothing
 656  */
 657 static void
 658 hash_free(struct uma_hash *hash)
 659 {
 660         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 661                 return;
 662         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 663                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 664         else
 665                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 666 }
 667
 668 /*
 669  * Frees all outstanding items in a bucket
 670  *
 671  * Arguments:
 672  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 673  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 674  *
 675  * Returns:
 676  *      Nothing
 677  */
 678
 679 static void
 680 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 681 {
 682         int i;
 683
 684         if (bucket == NULL)
 685                 return;
 686
 687         if (zone->uz_fini)
 688                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 689                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 690         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 691         bucket->ub_cnt = 0;
 692 }
 693
 694 /*
 695  * Drains the per cpu caches for a zone.
 696  *
 697  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 698  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 699  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 700  *
 701  * Arguments:
 702  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 703  *
 704  * Returns:
 705  *      Nothing
 706  */
 707 static void
 708 cache_drain(uma_zone_t zone)
 709 {
 710         uma_cache_t cache;
 711         int cpu;
 712
 713         /*
 714          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 715          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 716          * of the caches at this point.
 717          *
 718          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 719          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 720          *
 721          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 722          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 723          * there in some form?
 724          */
 725         CPU_FOREACH(cpu) {
 726                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 727                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 728                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 729                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 730                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 731                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 732                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 733                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 734         }
 735         ZONE_LOCK(zone);
 736         bucket_cache_drain(zone);
 737         ZONE_UNLOCK(zone);
 738 }
 739
 740 static void
 741 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 742 {
 743
 744         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 745                 return;
 746
 747         ZONE_LOCK(zone);
 748         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 749         ZONE_UNLOCK(zone);
 750 }
 751
 752 static void
 753 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 754 {
 755         uma_cache_t cache;
 756         uma_bucket_t b1, b2;
 757         int domain;
 758
 759         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 760                 return;
 761
 762         b1 = b2 = NULL;
 763         ZONE_LOCK(zone);
 764         critical_enter();
 765         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 766                 domain = PCPU_GET(domain);
 767         else
 768                 domain = 0;
 769         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 770         if (cache->uc_allocbucket) {
 771                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 772                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_domain[domain].uzd_buckets,
 773                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
 774                 else
 775                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 776                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 777         }
 778         if (cache->uc_freebucket) {
 779                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 780                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_domain[domain].uzd_buckets,
 781                             cache->uc_freebucket, ub_link);
 782                 else
 783                         b2 = cache->uc_freebucket;
 784                 cache->uc_freebucket = NULL;
 785         }
 786         critical_exit();
 787         ZONE_UNLOCK(zone);
 788         if (b1)
 789                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 790         if (b2)
 791                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 792 }
 793
 794 /*
 795  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 796  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 797  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 798  * to safely access their cache buckets.
 799  * Zone lock must not be held on call this function.
 800  */
 801 static void
 802 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 803 {
 804         int cpu;
 805
 806         /*
 807          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 808          */
 809         if (zone)
 810                 cache_shrink(zone);
 811         else
 812                 zone_foreach(cache_shrink);
 813
 814         CPU_FOREACH(cpu) {
 815                 thread_lock(curthread);
 816                 sched_bind(curthread, cpu);
 817                 thread_unlock(curthread);
 818
 819                 if (zone)
 820                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 821                 else
 822                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 823         }
 824         thread_lock(curthread);
 825         sched_unbind(curthread);
 826         thread_unlock(curthread);
 827 }
 828
 829 /*
 830  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 831  */
 832 static void
 833 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 834 {
 835         uma_zone_domain_t zdom;
 836         uma_bucket_t bucket;
 837         int i;
 838
 839         /*
 840          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 841          */
 842         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 843                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 844                 while ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 845                         LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 846                         ZONE_UNLOCK(zone);
 847                         bucket_drain(zone, bucket);
 848                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 849                         ZONE_LOCK(zone);
 850                 }
 851         }
 852
 853         /*
 854          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 855          * is probably lower then price of global cache drain.
 856          */
 857         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 858                 zone->uz_count--;
 859 }
 860
 861 static void
 862 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 863 {
 864         uint8_t *mem;
 865         int i;
 866         uint8_t flags;
 867
 868         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 869             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 870
 871         mem = slab->us_data;
 872         flags = slab->us_flags;
 873         i = start;
 874         if (keg->uk_fini != NULL) {
 875                 for (i--; i > -1; i--)
 876 #ifdef INVARIANTS
 877                 /*
 878                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 879                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 880                  * which executed trash_dtor.
 881                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 882                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 883                  * invocations.
 884                  */
 885                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 886                     keg->uk_fini != trash_fini)
 887 #endif
 888                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 889                             keg->uk_size);
 890         }
 891         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 892                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 893         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 894         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 895 }
 896
 897 /*
 898  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 899  * the pageout daemon.
 900  *
 901  * Returns nothing.
 902  */
 903 static void
 904 keg_drain(uma_keg_t keg)
 905 {
 906         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 907         uma_domain_t dom;
 908         uma_slab_t slab, tmp;
 909         int i;
 910
 911         /*
 912          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 913          * time
 914          */
 915         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 916                 return;
 917
 918         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 919             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 920         KEG_LOCK(keg);
 921         if (keg->uk_free == 0)
 922                 goto finished;
 923
 924         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 925                 dom = &keg->uk_domain[i];
 926                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 927                         /* We have nowhere to free these to. */
 928                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 929                                 continue;
 930
 931                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
 932                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
 933                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
 934
 935                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
 936                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
 937                                     slab->us_data);
 938
 939                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
 940                 }
 941         }
 942
 943 finished:
 944         KEG_UNLOCK(keg);
 945
 946         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
 947                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
 948                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
 949         }
 950 }
 951
 952 static void
 953 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
 954 {
 955
 956         /*
 957          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
 958          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
 959          * is the only call that knows the structure will still be available
 960          * when it wakes up.
 961          */
 962         ZONE_LOCK(zone);
 963         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
 964                 if (waitok == M_NOWAIT)
 965                         goto out;
 966                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
 967         }
 968         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
 969         bucket_cache_drain(zone);
 970         ZONE_UNLOCK(zone);
 971         /*
 972          * The DRAINING flag protects us from being freed while
 973          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
 974          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
 975          */
 976         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
 977         ZONE_LOCK(zone);
 978         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
 979         wakeup(zone);
 980 out:
 981         ZONE_UNLOCK(zone);
 982 }
 983
 984 void
 985 zone_drain(uma_zone_t zone)
 986 {
 987
 988         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
 989 }
 990
 991 /*
 992  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
 993  *
 994  * Arguments:
 995  *      wait  Shall we wait?
 996  *
 997  * Returns:
 998  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
 999  *      caller specified M_NOWAIT.
1000  */
1001 static uma_slab_t
1002 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int wait)
1003 {
1004         uma_alloc allocf;
1005         uma_slab_t slab;
1006         unsigned long size;
1007         uint8_t *mem;
1008         uint8_t flags;
1009         int i;
1010
1011         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1012             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1013         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
1014         slab = NULL;
1015         mem = NULL;
1016
1017         allocf = keg->uk_allocf;
1018         KEG_UNLOCK(keg);
1019         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1020
1021         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1022                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, wait);
1023                 if (slab == NULL)
1024                         goto out;
1025         }
1026
1027         /*
1028          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1029          * first time they are added to a zone.
1030          *
1031          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1032          */
1033
1034         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1035                 wait |= M_ZERO;
1036         else
1037                 wait &= ~M_ZERO;
1038
1039         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1040                 wait |= M_NODUMP;
1041
1042         /* zone is passed for legacy reasons. */
1043         mem = allocf(zone, size, domain, &flags, wait);
1044         if (mem == NULL) {
1045                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1046                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1047                 slab = NULL;
1048                 goto out;
1049         }
1050         uma_total_inc(size);
1051
1052         /* Point the slab into the allocated memory */
1053         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1054                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1055
1056         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1057                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1058                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1059
1060         slab->us_keg = keg;
1061         slab->us_data = mem;
1062         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1063         slab->us_flags = flags;
1064         slab->us_domain = domain;
1065         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1066 #ifdef INVARIANTS
1067         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1068 #endif
1069
1070         if (keg->uk_init != NULL) {
1071                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1072                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1073                             keg->uk_size, wait) != 0)
1074                                 break;
1075                 if (i != keg->uk_ipers) {
1076                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1077                         slab = NULL;
1078                         goto out;
1079                 }
1080         }
1081 out:
1082         KEG_LOCK(keg);
1083
1084         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1085             slab, keg->uk_name, keg);
1086
1087         if (slab != NULL) {
1088                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1089                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1090
1091                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1092                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1093         }
1094
1095         return (slab);
1096 }
1097
1098 /*
1099  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1100  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1101  * the VM is ready.
1102  */
1103 static void *
1104 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1105     int wait)
1106 {
1107         uma_keg_t keg;
1108         void *mem;
1109         int pages;
1110
1111         keg = zone_first_keg(zone);
1112
1113         /*
1114          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1115          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1116          */
1117         switch (booted) {
1118                 case BOOT_COLD:
1119                 case BOOT_STRAPPED:
1120                         break;
1121                 case BOOT_PAGEALLOC:
1122                         if (keg->uk_ppera > 1)
1123                                 break;
1124                 case BOOT_BUCKETS:
1125                 case BOOT_RUNNING:
1126 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1127                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1128                             page_alloc : uma_small_alloc;
1129 #else
1130                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1131 #endif
1132                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1133         }
1134
1135         /*
1136          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1137          */
1138         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1139         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1140         if (pages > boot_pages)
1141                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1142 #ifdef DIAGNOSTIC
1143         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1144             boot_pages);
1145 #endif
1146         mem = bootmem;
1147         boot_pages -= pages;
1148         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1149         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1150
1151         return (mem);
1152 }
1153
1154 /*
1155  * Allocates a number of pages from the system
1156  *
1157  * Arguments:
1158  *      bytes  The number of bytes requested
1159  *      wait  Shall we wait?
1160  *
1161  * Returns:
1162  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1163  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1164  */
1165 static void *
1166 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1167     int wait)
1168 {
1169         void *p;        /* Returned page */
1170
1171         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1172         p = (void *) kmem_malloc_domain(domain, bytes, wait);
1173
1174         return (p);
1175 }
1176
1177 static void *
1178 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1179     int wait)
1180 {
1181         struct pglist alloctail;
1182         vm_offset_t addr, zkva;
1183         int cpu, flags;
1184         vm_page_t p, p_next;
1185 #ifdef NUMA
1186         struct pcpu *pc;
1187 #endif
1188
1189         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1190
1191         TAILQ_INIT(&alloctail);
1192         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1193             malloc2vm_flags(wait);
1194         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1195         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1196                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1197                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1198                 } else {
1199 #ifndef NUMA
1200                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1201 #else
1202                         pc = pcpu_find(cpu);
1203                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1204                         if (__predict_false(p == NULL))
1205                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1206 #endif
1207                 }
1208                 if (__predict_false(p == NULL))
1209                         goto fail;
1210                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1211         }
1212         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1213                 goto fail;
1214         zkva = addr;
1215         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1216                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1217                 zkva += PAGE_SIZE;
1218         }
1219         return ((void*)addr);
1220  fail:
1221         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1222                 vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1223                 vm_page_free(p);
1224         }
1225         return (NULL);
1226 }
1227
1228 /*
1229  * Allocates a number of pages from within an object
1230  *
1231  * Arguments:
1232  *      bytes  The number of bytes requested
1233  *      wait   Shall we wait?
1234  *
1235  * Returns:
1236  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1237  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1238  */
1239 static void *
1240 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1241     int wait)
1242 {
1243         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1244         u_long npages;
1245         vm_offset_t retkva, zkva;
1246         vm_page_t p, p_next;
1247         uma_keg_t keg;
1248
1249         TAILQ_INIT(&alloctail);
1250         keg = zone_first_keg(zone);
1251
1252         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1253         while (npages > 0) {
1254                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1255                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1256                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1257                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1258                 if (p != NULL) {
1259                         /*
1260                          * Since the page does not belong to an object, its
1261                          * listq is unused.
1262                          */
1263                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1264                         npages--;
1265                         continue;
1266                 }
1267                 /*
1268                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1269                  * exit.
1270                  */
1271                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1272                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1273                         vm_page_free(p);
1274                 }
1275                 return (NULL);
1276         }
1277         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1278         zkva = keg->uk_kva +
1279             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1280         retkva = zkva;
1281         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1282                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1283                 zkva += PAGE_SIZE;
1284         }
1285
1286         return ((void *)retkva);
1287 }
1288
1289 /*
1290  * Frees a number of pages to the system
1291  *
1292  * Arguments:
1293  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1294  *      size  The size of the memory being freed
1295  *      flags The original p->us_flags field
1296  *
1297  * Returns:
1298  *      Nothing
1299  */
1300 static void
1301 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1302 {
1303
1304         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1305                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1306
1307         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1308 }
1309
1310 /*
1311  * Frees pcpu zone allocations
1312  *
1313  * Arguments:
1314  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1315  *      size  The size of the memory being freed
1316  *      flags The original p->us_flags field
1317  *
1318  * Returns:
1319  *      Nothing
1320  */
1321 static void
1322 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1323 {
1324         vm_offset_t sva, curva;
1325         vm_paddr_t paddr;
1326         vm_page_t m;
1327
1328         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1329         sva = (vm_offset_t)mem;
1330         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1331                 paddr = pmap_kextract(curva);
1332                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1333                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
1334                 vm_page_free(m);
1335         }
1336         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1337         kva_free(sva, size);
1338 }
1339
1340
1341 /*
1342  * Zero fill initializer
1343  *
1344  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1345  */
1346 static int
1347 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1348 {
1349         bzero(mem, size);
1350         return (0);
1351 }
1352
1353 /*
1354  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1355  *
1356  * Arguments
1357  *      keg  The zone we should initialize
1358  *
1359  * Returns
1360  *      Nothing
1361  */
1362 static void
1363 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1364 {
1365         u_int rsize;
1366         u_int memused;
1367         u_int wastedspace;
1368         u_int shsize;
1369         u_int slabsize;
1370
1371         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1372                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1373
1374                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1375                 keg->uk_ppera = ncpus;
1376         } else {
1377                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1378                 keg->uk_ppera = 1;
1379         }
1380
1381         /*
1382          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1383          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1384          * allocation bits for we round it up.
1385          */
1386         rsize = keg->uk_size;
1387         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1388                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1389         if (rsize & keg->uk_align)
1390                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1391         keg->uk_rsize = rsize;
1392
1393         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1394             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1395             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1396
1397         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1398                 shsize = 0;
1399         else
1400                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1401
1402         if (rsize <= slabsize - shsize)
1403                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1404         else {
1405                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1406                  * alignment requirement can be relaxed. */
1407                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1408                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1409                 keg->uk_ipers = 1;
1410         }
1411         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1412             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1413
1414         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1415         wastedspace = slabsize - memused;
1416
1417         /*
1418          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1419          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1420          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1421          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1422          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1423          */
1424         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1425             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1426                 return;
1427
1428         /*
1429          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1430          * this if it permits more items per-slab.
1431          *
1432          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1433          * Historically this was not done because the VM could not
1434          * efficiently handle contiguous allocations.
1435          */
1436         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1437             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1438                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1439                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1440                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1441                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1442                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1443                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1444                     "calculated ipers = %d, "
1445                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1446                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1447                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1448                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1449         }
1450
1451         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1452             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1453                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1454 }
1455
1456 /*
1457  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1458  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1459  * more complicated.
1460  *
1461  * Arguments
1462  *      keg  The keg we should initialize
1463  *
1464  * Returns
1465  *      Nothing
1466  */
1467 static void
1468 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1469 {
1470         u_int shsize;
1471
1472         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1473         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1474             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1475         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1476             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1477
1478         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1479         keg->uk_ipers = 1;
1480         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1481
1482         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1483         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1484                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1485                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1486                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1487                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1488
1489                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1490                         /*
1491                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1492                          * we need an extra page per allocation to contain the
1493                          * slab header.
1494                          */
1495                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1496                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1497                         else
1498                                 keg->uk_ppera++;
1499                 }
1500         }
1501
1502         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1503             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1504                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1505 }
1506
1507 static void
1508 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1509 {
1510         int alignsize;
1511         int trailer;
1512         int pages;
1513         int rsize;
1514
1515         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1516             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1517
1518         alignsize = keg->uk_align + 1;
1519         rsize = keg->uk_size;
1520         /*
1521          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1522          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1523          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1524          * would fall on the same boundary every time.
1525          */
1526         if (rsize & keg->uk_align)
1527                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1528         if ((rsize & alignsize) == 0)
1529                 rsize += alignsize;
1530         trailer = rsize - keg->uk_size;
1531         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1532         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1533         keg->uk_rsize = rsize;
1534         keg->uk_ppera = pages;
1535         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1536         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1537         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1538             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1539             keg->uk_ipers));
1540 }
1541
1542 /*
1543  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1544  * the keg onto the global keg list.
1545  *
1546  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1547  *      udata  Actually uma_kctor_args
1548  */
1549 static int
1550 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1551 {
1552         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1553         uma_keg_t keg = mem;
1554         uma_zone_t zone;
1555
1556         bzero(keg, size);
1557         keg->uk_size = arg->size;
1558         keg->uk_init = arg->uminit;
1559         keg->uk_fini = arg->fini;
1560         keg->uk_align = arg->align;
1561         keg->uk_cursor = 0;
1562         keg->uk_free = 0;
1563         keg->uk_reserve = 0;
1564         keg->uk_pages = 0;
1565         keg->uk_flags = arg->flags;
1566         keg->uk_slabzone = NULL;
1567
1568         /*
1569          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1570          */
1571         zone = arg->zone;
1572         keg->uk_name = zone->uz_name;
1573
1574         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1575                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1576
1577         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1578                 keg->uk_init = zero_init;
1579
1580         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1581                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1582
1583         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1584 #ifdef SMP
1585                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1586 #else
1587                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1588 #endif
1589
1590         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1591                 keg_cachespread_init(keg);
1592         } else {
1593                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1594                         keg_large_init(keg);
1595                 else
1596                         keg_small_init(keg);
1597         }
1598
1599         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1600                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1601
1602         /*
1603          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1604          * startup cache until the vm is ready.
1605          */
1606         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1607                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1608 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1609         else if (keg->uk_ppera == 1)
1610                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1611 #endif
1612         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1613                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1614         else
1615                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1616 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1617         if (keg->uk_ppera == 1)
1618                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1619         else
1620 #endif
1621         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1622                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1623         else
1624                 keg->uk_freef = page_free;
1625
1626         /*
1627          * Initialize keg's lock
1628          */
1629         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1630
1631         /*
1632          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1633          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1634          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1635          */
1636         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1637                 u_int totsize;
1638
1639                 /* Size of the slab struct and free list */
1640                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1641
1642                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1643                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1644                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1645                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1646
1647                 /*
1648                  * The only way the following is possible is if with our
1649                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1650                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1651                  * mathematically possible for all cases, so we make
1652                  * sure here anyway.
1653                  */
1654                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1655                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1656                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1657                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1658                             keg->uk_size);
1659                         panic("UMA slab won't fit.");
1660                 }
1661         }
1662
1663         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1664                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1665
1666         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1667             keg, zone->uz_name, zone,
1668             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1669             keg->uk_free);
1670
1671         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1672
1673         rw_wlock(&uma_rwlock);
1674         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1675         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1676         return (0);
1677 }
1678
1679 /*
1680  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1681  *
1682  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1683  *      udata  Actually uma_zctor_args
1684  */
1685 static int
1686 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1687 {
1688         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1689         uma_zone_t zone = mem;
1690         uma_zone_t z;
1691         uma_keg_t keg;
1692
1693         bzero(zone, size);
1694         zone->uz_name = arg->name;
1695         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1696         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1697         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1698         zone->uz_init = NULL;
1699         zone->uz_fini = NULL;
1700         zone->uz_allocs = 0;
1701         zone->uz_frees = 0;
1702         zone->uz_fails = 0;
1703         zone->uz_sleeps = 0;
1704         zone->uz_count = 0;
1705         zone->uz_count_min = 0;
1706         zone->uz_flags = 0;
1707         zone->uz_warning = NULL;
1708         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1709         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1710         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1711         keg = arg->keg;
1712
1713         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1714
1715         /*
1716          * This is a pure cache zone, no kegs.
1717          */
1718         if (arg->import) {
1719                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1720                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1721                 zone->uz_flags = arg->flags;
1722                 zone->uz_size = arg->size;
1723                 zone->uz_import = arg->import;
1724                 zone->uz_release = arg->release;
1725                 zone->uz_arg = arg->arg;
1726                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1727                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1728                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1729                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1730                 goto out;
1731         }
1732
1733         /*
1734          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1735          */
1736         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1737         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1738         zone->uz_arg = zone;
1739
1740         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1741                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1742                 zone->uz_init = arg->uminit;
1743                 zone->uz_fini = arg->fini;
1744                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1745                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1746                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1747                 ZONE_LOCK(zone);
1748                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1749                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1750                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1751                                 break;
1752                         }
1753                 }
1754                 ZONE_UNLOCK(zone);
1755                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1756         } else if (keg == NULL) {
1757                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1758                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1759                         return (ENOMEM);
1760         } else {
1761                 struct uma_kctor_args karg;
1762                 int error;
1763
1764                 /* We should only be here from uma_startup() */
1765                 karg.size = arg->size;
1766                 karg.uminit = arg->uminit;
1767                 karg.fini = arg->fini;
1768                 karg.align = arg->align;
1769                 karg.flags = arg->flags;
1770                 karg.zone = zone;
1771                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1772                     flags);
1773                 if (error)
1774                         return (error);
1775         }
1776
1777         /*
1778          * Link in the first keg.
1779          */
1780         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1781         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1782         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1783         zone->uz_size = keg->uk_size;
1784         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1785             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1786
1787         /*
1788          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1789          * caches.  If we're internal, bail out here.
1790          */
1791         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1792                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1793                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1794                 return (0);
1795         }
1796
1797 out:
1798         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1799             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1800             ("Invalid zone flag combination"));
1801         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1802                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1803         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1804                 zone->uz_count = 0;
1805         else
1806                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1807         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1808
1809         return (0);
1810 }
1811
1812 /*
1813  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1814  * table and removes the keg from the global list.
1815  *
1816  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1817  *      udata  unused
1818  */
1819 static void
1820 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1821 {
1822         uma_keg_t keg;
1823
1824         keg = (uma_keg_t)arg;
1825         KEG_LOCK(keg);
1826         if (keg->uk_free != 0) {
1827                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1828                     " Lost %d pages of memory.\n",
1829                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1830                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1831         }
1832         KEG_UNLOCK(keg);
1833
1834         hash_free(&keg->uk_hash);
1835
1836         KEG_LOCK_FINI(keg);
1837 }
1838
1839 /*
1840  * Zone header dtor.
1841  *
1842  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1843  *      udata  unused
1844  */
1845 static void
1846 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1847 {
1848         uma_klink_t klink;
1849         uma_zone_t zone;
1850         uma_keg_t keg;
1851
1852         zone = (uma_zone_t)arg;
1853         keg = zone_first_keg(zone);
1854
1855         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1856                 cache_drain(zone);
1857
1858         rw_wlock(&uma_rwlock);
1859         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1860         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1861         /*
1862          * XXX there are some races here where
1863          * the zone can be drained but zone lock
1864          * released and then refilled before we
1865          * remove it... we dont care for now
1866          */
1867         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1868         /*
1869          * Unlink all of our kegs.
1870          */
1871         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1872                 klink->kl_keg = NULL;
1873                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1874                 if (klink == &zone->uz_klink)
1875                         continue;
1876                 free(klink, M_TEMP);
1877         }
1878         /*
1879          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1880          */
1881         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1882                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1883                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1884                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1885                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1886         }
1887         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1888 }
1889
1890 /*
1891  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1892  *
1893  * Arguments:
1894  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1895  *              as an argument.
1896  *
1897  * Returns:
1898  *      Nothing
1899  */
1900 static void
1901 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1902 {
1903         uma_keg_t keg;
1904         uma_zone_t zone;
1905
1906         rw_rlock(&uma_rwlock);
1907         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1908                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1909                         zfunc(zone);
1910         }
1911         rw_runlock(&uma_rwlock);
1912 }
1913
1914 /*
1915  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1916  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1917  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1918  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1919  */
1920 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1921 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1922 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1923 static int zsize, ksize;
1924 int
1925 uma_startup_count(int vm_zones)
1926 {
1927         int zones, pages;
1928
1929         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
1930             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
1931         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
1932             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
1933             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
1934
1935         /*
1936          * Memory for the zone of kegs and its keg,
1937          * and for zone of zones.
1938          */
1939         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
1940             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
1941
1942 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
1943         zones = UMA_BOOT_ZONES;
1944 #else
1945         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
1946         vm_zones = 0;
1947 #endif
1948
1949         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
1950         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE)
1951                 pages += (zones + vm_zones) *
1952                     howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), UMA_SLAB_SIZE);
1953         else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
1954                 pages += zones;
1955         else
1956                 pages += howmany(zones,
1957                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
1958
1959         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
1960         pages += howmany(zones + 1,
1961             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
1962
1963         /*
1964          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
1965          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
1966          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
1967          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
1968          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
1969          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
1970          */
1971         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
1972             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
1973
1974         return (pages);
1975 }
1976
1977 void
1978 uma_startup(void *mem, int npages)
1979 {
1980         struct uma_zctor_args args;
1981         uma_keg_t masterkeg;
1982         uintptr_t m;
1983
1984 #ifdef DIAGNOSTIC
1985         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
1986 #endif
1987
1988         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1989
1990         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
1991         m = (uintptr_t)mem;
1992         zones = (uma_zone_t)m;
1993         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
1994         kegs = (uma_zone_t)m;
1995         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
1996         masterkeg = (uma_keg_t)m;
1997         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
1998         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
1999         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2000         mem = (void *)m;
2001
2002         /* "manually" create the initial zone */
2003         memset(&args, 0, sizeof(args));
2004         args.name = "UMA Kegs";
2005         args.size = ksize;
2006         args.ctor = keg_ctor;
2007         args.dtor = keg_dtor;
2008         args.uminit = zero_init;
2009         args.fini = NULL;
2010         args.keg = masterkeg;
2011         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2012         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2013         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2014
2015         bootmem = mem;
2016         boot_pages = npages;
2017
2018         args.name = "UMA Zones";
2019         args.size = zsize;
2020         args.ctor = zone_ctor;
2021         args.dtor = zone_dtor;
2022         args.uminit = zero_init;
2023         args.fini = NULL;
2024         args.keg = NULL;
2025         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2026         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2027         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2028
2029         /* Now make a zone for slab headers */
2030         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2031                                 sizeof(struct uma_slab),
2032                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2033                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2034
2035         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2036             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2037             NULL, NULL, NULL, NULL,
2038             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2039
2040         bucket_init();
2041
2042         booted = BOOT_STRAPPED;
2043 }
2044
2045 void
2046 uma_startup1(void)
2047 {
2048
2049 #ifdef DIAGNOSTIC
2050         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2051 #endif
2052         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2053 }
2054
2055 void
2056 uma_startup2(void)
2057 {
2058
2059 #ifdef DIAGNOSTIC
2060         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2061 #endif
2062         booted = BOOT_BUCKETS;
2063         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2064         bucket_enable();
2065 }
2066
2067 /*
2068  * Initialize our callout handle
2069  *
2070  */
2071 static void
2072 uma_startup3(void)
2073 {
2074
2075 #ifdef INVARIANTS
2076         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2077         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2078         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2079 #endif
2080         callout_init(&uma_callout, 1);
2081         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2082         booted = BOOT_RUNNING;
2083 }
2084
2085 static uma_keg_t
2086 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2087                 int align, uint32_t flags)
2088 {
2089         struct uma_kctor_args args;
2090
2091         args.size = size;
2092         args.uminit = uminit;
2093         args.fini = fini;
2094         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2095         args.flags = flags;
2096         args.zone = zone;
2097         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2098 }
2099
2100 /* Public functions */
2101 /* See uma.h */
2102 void
2103 uma_set_align(int align)
2104 {
2105
2106         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2107                 uma_align_cache = align;
2108 }
2109
2110 /* See uma.h */
2111 uma_zone_t
2112 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2113                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2114
2115 {
2116         struct uma_zctor_args args;
2117         uma_zone_t res;
2118         bool locked;
2119
2120         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2121             align, name));
2122
2123         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2124         memset(&args, 0, sizeof(args));
2125         args.name = name;
2126         args.size = size;
2127         args.ctor = ctor;
2128         args.dtor = dtor;
2129         args.uminit = uminit;
2130         args.fini = fini;
2131 #ifdef  INVARIANTS
2132         /*
2133          * If a zone is being created with an empty constructor and
2134          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2135          * memory use after free.
2136          */
2137         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2138             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2139                 args.ctor = trash_ctor;
2140                 args.dtor = trash_dtor;
2141                 args.uminit = trash_init;
2142                 args.fini = trash_fini;
2143         }
2144 #endif
2145         args.align = align;
2146         args.flags = flags;
2147         args.keg = NULL;
2148
2149         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2150                 locked = false;
2151         } else {
2152                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2153                 locked = true;
2154         }
2155         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2156         if (locked)
2157                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2158         return (res);
2159 }
2160
2161 /* See uma.h */
2162 uma_zone_t
2163 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2164                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2165 {
2166         struct uma_zctor_args args;
2167         uma_keg_t keg;
2168         uma_zone_t res;
2169         bool locked;
2170
2171         keg = zone_first_keg(master);
2172         memset(&args, 0, sizeof(args));
2173         args.name = name;
2174         args.size = keg->uk_size;
2175         args.ctor = ctor;
2176         args.dtor = dtor;
2177         args.uminit = zinit;
2178         args.fini = zfini;
2179         args.align = keg->uk_align;
2180         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2181         args.keg = keg;
2182
2183         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2184                 locked = false;
2185         } else {
2186                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2187                 locked = true;
2188         }
2189         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2190         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2191         if (locked)
2192                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2193         return (res);
2194 }
2195
2196 /* See uma.h */
2197 uma_zone_t
2198 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2199                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2200                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2201 {
2202         struct uma_zctor_args args;
2203
2204         memset(&args, 0, sizeof(args));
2205         args.name = name;
2206         args.size = size;
2207         args.ctor = ctor;
2208         args.dtor = dtor;
2209         args.uminit = zinit;
2210         args.fini = zfini;
2211         args.import = zimport;
2212         args.release = zrelease;
2213         args.arg = arg;
2214         args.align = 0;
2215         args.flags = flags;
2216
2217         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2218 }
2219
2220 static void
2221 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2222 {
2223         if (a < b) {
2224                 ZONE_LOCK(a);
2225                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2226         } else {
2227                 ZONE_LOCK(b);
2228                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2229         }
2230 }
2231
2232 static void
2233 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2234 {
2235
2236         ZONE_UNLOCK(a);
2237         ZONE_UNLOCK(b);
2238 }
2239
2240 int
2241 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2242 {
2243         uma_klink_t klink;
2244         uma_klink_t kl;
2245         int error;
2246
2247         error = 0;
2248         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2249
2250         zone_lock_pair(zone, master);
2251         /*
2252          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2253          * a secondary.
2254          */
2255         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2256             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2257                 error = EINVAL;
2258                 goto out;
2259         }
2260         /*
2261          * The new master must also use vtoslab().
2262          */
2263         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2264                 error = EINVAL;
2265                 goto out;
2266         }
2267
2268         /*
2269          * The underlying object must be the same size.  rsize
2270          * may be different.
2271          */
2272         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2273                 error = E2BIG;
2274                 goto out;
2275         }
2276         /*
2277          * Put it at the end of the list.
2278          */
2279         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2280         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2281                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2282                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2283                         break;
2284                 }
2285         }
2286         klink = NULL;
2287         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2288         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2289
2290 out:
2291         zone_unlock_pair(zone, master);
2292         if (klink != NULL)
2293                 free(klink, M_TEMP);
2294
2295         return (error);
2296 }
2297
2298
2299 /* See uma.h */
2300 void
2301 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2302 {
2303
2304         sx_slock(&uma_drain_lock);
2305         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2306         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2307 }
2308
2309 void
2310 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2311 {
2312         void *item;
2313
2314         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2315         uma_zfree(zone, item);
2316 }
2317
2318 void *
2319 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2320 {
2321         void *item;
2322 #ifdef SMP
2323         int i;
2324
2325         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2326 #endif
2327         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2328         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2329 #ifdef SMP
2330                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2331                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2332 #else
2333                 bzero(item, zone->uz_size);
2334 #endif
2335         }
2336         return (item);
2337 }
2338
2339 /*
2340  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2341  */
2342 void
2343 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2344 {
2345
2346 #ifdef SMP
2347         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2348 #endif
2349         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2350 }
2351
2352 /* See uma.h */
2353 void *
2354 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2355 {
2356         uma_zone_domain_t zdom;
2357         uma_bucket_t bucket;
2358         uma_cache_t cache;
2359         void *item;
2360         int cpu, domain, lockfail;
2361 #ifdef INVARIANTS
2362         bool skipdbg;
2363 #endif
2364
2365         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2366         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2367
2368         /* This is the fast path allocation */
2369         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2370             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2371
2372         if (flags & M_WAITOK) {
2373                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2374                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2375         }
2376         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2377         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2378             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2379         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2380                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2381                     "with M_ZERO passed"));
2382
2383 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2384         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2385                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2386                 if (item != NULL) {
2387                         if (zone->uz_init != NULL &&
2388                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2389                                 return (NULL);
2390                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2391                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2392                             flags) != 0) {
2393                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2394                                 return (NULL);
2395                         }
2396                         return (item);
2397                 }
2398                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2399         }
2400 #endif
2401         /*
2402          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2403          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2404          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2405          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2406          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2407          * preemption and migration.  We release the critical section in
2408          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2409          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2410          * must detect and handle migration if it has occurred.
2411          */
2412         critical_enter();
2413         cpu = curcpu;
2414         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2415
2416 zalloc_start:
2417         bucket = cache->uc_allocbucket;
2418         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2419                 bucket->ub_cnt--;
2420                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2421 #ifdef INVARIANTS
2422                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2423 #endif
2424                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2425                 cache->uc_allocs++;
2426                 critical_exit();
2427 #ifdef INVARIANTS
2428                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2429 #endif
2430                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2431 #ifdef INVARIANTS
2432                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2433                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2434 #endif
2435                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2436                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2437                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2438                         return (NULL);
2439                 }
2440 #ifdef INVARIANTS
2441                 if (!skipdbg)
2442                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2443 #endif
2444                 if (flags & M_ZERO)
2445                         uma_zero_item(item, zone);
2446                 return (item);
2447         }
2448
2449         /*
2450          * We have run out of items in our alloc bucket.
2451          * See if we can switch with our free bucket.
2452          */
2453         bucket = cache->uc_freebucket;
2454         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2455                 CTR2(KTR_UMA,
2456                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2457                     zone->uz_name, zone);
2458                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2459                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2460                 goto zalloc_start;
2461         }
2462
2463         /*
2464          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2465          */
2466         bucket = cache->uc_allocbucket;
2467         cache->uc_allocbucket = NULL;
2468         critical_exit();
2469         if (bucket != NULL)
2470                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2471
2472         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
2473                 domain = PCPU_GET(domain);
2474         else
2475                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2476
2477         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2478         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2479                 goto zalloc_item;
2480
2481         /*
2482          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2483          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2484          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2485          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2486          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2487          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2488          * the critical section.
2489          */
2490         lockfail = 0;
2491         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2492                 /* Record contention to size the buckets. */
2493                 ZONE_LOCK(zone);
2494                 lockfail = 1;
2495         }
2496         critical_enter();
2497         cpu = curcpu;
2498         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2499
2500         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2501         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2502                 ZONE_UNLOCK(zone);
2503                 goto zalloc_start;
2504         }
2505
2506         /*
2507          * Check the zone's cache of buckets.
2508          */
2509         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2510                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2511         else
2512                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2513         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
2514                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2515                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2516
2517                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2518                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2519                 ZONE_UNLOCK(zone);
2520                 goto zalloc_start;
2521         }
2522         /* We are no longer associated with this CPU. */
2523         critical_exit();
2524
2525         /*
2526          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2527          * handle the working set.
2528          */
2529         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2530                 zone->uz_count++;
2531         ZONE_UNLOCK(zone);
2532
2533         /*
2534          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2535          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2536          * will use the just filled bucket.
2537          */
2538         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
2539         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2540             zone->uz_name, zone, bucket);
2541         if (bucket != NULL) {
2542                 ZONE_LOCK(zone);
2543                 critical_enter();
2544                 cpu = curcpu;
2545                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2546                 /*
2547                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2548                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2549                  * the memory directly.
2550                  */
2551                 if (cache->uc_allocbucket != NULL ||
2552                     (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA &&
2553                     domain != PCPU_GET(domain)))
2554                         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
2555                 else
2556                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2557                 ZONE_UNLOCK(zone);
2558                 goto zalloc_start;
2559         }
2560
2561         /*
2562          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2563          */
2564 zalloc_item:
2565         item = zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags);
2566
2567         return (item);
2568 }
2569
2570 void *
2571 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2572 {
2573
2574         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2575         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2576
2577         /* This is the fast path allocation */
2578         CTR5(KTR_UMA,
2579             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2580             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2581
2582         if (flags & M_WAITOK) {
2583                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2584                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2585         }
2586         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2587             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2588
2589         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2590 }
2591
2592 /*
2593  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2594  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2595  *
2596  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2597  * only 'domain'.
2598  */
2599 static uma_slab_t
2600 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, int rr)
2601 {
2602         uma_domain_t dom;
2603         uma_slab_t slab;
2604         int start;
2605
2606         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2607             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2608
2609         slab = NULL;
2610         start = domain;
2611         do {
2612                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2613                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2614                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2615                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2616                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2617                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2618                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2619                         return (slab);
2620                 }
2621                 if (rr)
2622                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2623         } while (domain != start);
2624
2625         return (NULL);
2626 }
2627
2628 static uma_slab_t
2629 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, int flags)
2630 {
2631         uma_domain_t dom;
2632         uma_slab_t slab;
2633         int allocflags, domain, reserve, rr, start;
2634
2635         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2636         slab = NULL;
2637         reserve = 0;
2638         allocflags = flags;
2639         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2640                 reserve = keg->uk_reserve;
2641
2642         /*
2643          * Round-robin for non first-touch zones when there is more than one
2644          * domain.
2645          */
2646         if (vm_ndomains == 1)
2647                 rdomain = 0;
2648         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2649         if (rr) {
2650                 keg->uk_cursor = (keg->uk_cursor + 1) % vm_ndomains;
2651                 domain = start = keg->uk_cursor;
2652                 /* Only block on the second pass. */
2653                 if ((flags & (M_WAITOK | M_NOVM)) == M_WAITOK)
2654                         allocflags = (allocflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2655         } else
2656                 domain = start = rdomain;
2657
2658 again:
2659         do {
2660                 if (keg->uk_free > reserve &&
2661                     (slab = keg_first_slab(keg, domain, rr)) != NULL) {
2662                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2663                         return (slab);
2664                 }
2665
2666                 /*
2667                  * M_NOVM means don't ask at all!
2668                  */
2669                 if (flags & M_NOVM)
2670                         break;
2671
2672                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2673                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2674                         /*
2675                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2676                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2677                          */
2678                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2679                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2680                                 zone_log_warning(zone);
2681                                 zone_maxaction(zone);
2682                         }
2683                         if (flags & M_NOWAIT)
2684                                 return (NULL);
2685                         zone->uz_sleeps++;
2686                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2687                         continue;
2688                 }
2689                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, allocflags);
2690                 /*
2691                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2692                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2693                  * at least one item.
2694                  */
2695                 if (slab) {
2696                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2697                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2698                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2699                         return (slab);
2700                 }
2701                 if (rr) {
2702                         keg->uk_cursor = (keg->uk_cursor + 1) % vm_ndomains;
2703                         domain = keg->uk_cursor;
2704                 }
2705         } while (domain != start);
2706
2707         /* Retry domain scan with blocking. */
2708         if (allocflags != flags) {
2709                 allocflags = flags;
2710                 goto again;
2711         }
2712
2713         /*
2714          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2715          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2716          * fail.
2717          */
2718         if (keg->uk_free > reserve &&
2719             (slab = keg_first_slab(keg, domain, rr)) != NULL) {
2720                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2721                 return (slab);
2722         }
2723         return (NULL);
2724 }
2725
2726 static uma_slab_t
2727 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2728 {
2729         uma_slab_t slab;
2730
2731         if (keg == NULL) {
2732                 keg = zone_first_keg(zone);
2733                 KEG_LOCK(keg);
2734         }
2735
2736         for (;;) {
2737                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2738                 if (slab)
2739                         return (slab);
2740                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2741                         break;
2742         }
2743         KEG_UNLOCK(keg);
2744         return (NULL);
2745 }
2746
2747 /*
2748  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2749  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2750  *
2751  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2752  */
2753 static uma_slab_t
2754 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int domain, int rflags)
2755 {
2756         uma_klink_t klink;
2757         uma_slab_t slab;
2758         uma_keg_t keg;
2759         int flags;
2760         int empty;
2761         int full;
2762
2763         /*
2764          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2765          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2766          * without blocking.
2767          */
2768         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2769         /*
2770          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2771          * the search.
2772          */
2773         if (last != NULL) {
2774                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, domain, flags);
2775                 if (slab)
2776                         return (slab);
2777                 KEG_UNLOCK(last);
2778         }
2779         /*
2780          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2781          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2782          * required but we've done it for so long now.
2783          */
2784         for (;;) {
2785                 empty = 0;
2786                 full = 0;
2787                 /*
2788                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2789                  * correct lock while calling into the keg layer.
2790                  */
2791                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2792                         keg = klink->kl_keg;
2793                         KEG_LOCK(keg);
2794                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2795                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2796                                 if (slab)
2797                                         return (slab);
2798                         }
2799                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2800                                 full++;
2801                         else
2802                                 empty++;
2803                         KEG_UNLOCK(keg);
2804                 }
2805                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2806                         break;
2807                 flags = rflags;
2808                 /*
2809                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2810                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2811                  */
2812                 if (full && !empty) {
2813                         ZONE_LOCK(zone);
2814                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2815                         zone->uz_sleeps++;
2816                         zone_log_warning(zone);
2817                         zone_maxaction(zone);
2818                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2819                             "zonelimit", hz/100);
2820                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2821                         ZONE_UNLOCK(zone);
2822                         continue;
2823                 }
2824         }
2825         return (NULL);
2826 }
2827
2828 static void *
2829 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2830 {
2831         uma_domain_t dom;
2832         void *item;
2833         uint8_t freei;
2834
2835         MPASS(keg == slab->us_keg);
2836         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2837
2838         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2839         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2840         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2841         slab->us_freecount--;
2842         keg->uk_free--;
2843
2844         /* Move this slab to the full list */
2845         if (slab->us_freecount == 0) {
2846                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2847                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2848                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2849         }
2850
2851         return (item);
2852 }
2853
2854 static int
2855 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2856 {
2857         uma_slab_t slab;
2858         uma_keg_t keg;
2859 #ifdef NUMA
2860         int stripe;
2861 #endif
2862         int i;
2863
2864         slab = NULL;
2865         keg = NULL;
2866         /* Try to keep the buckets totally full */
2867         for (i = 0; i < max; ) {
2868                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2869                         break;
2870                 keg = slab->us_keg;
2871 #ifdef NUMA
2872                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2873 #endif
2874                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2875                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2876                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2877                                 break;
2878 #ifdef NUMA
2879                         /*
2880                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2881                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2882                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2883                          * than stripe within each bucket.  The current option
2884                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2885                          * time but yields better distribution.
2886                          */
2887                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2888                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2889                                 break;
2890 #endif
2891                 }
2892                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2893                 flags &= ~M_WAITOK;
2894                 flags |= M_NOWAIT;
2895         }
2896         if (slab != NULL)
2897                 KEG_UNLOCK(keg);
2898
2899         return i;
2900 }
2901
2902 static uma_bucket_t
2903 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2904 {
2905         uma_bucket_t bucket;
2906         int max;
2907
2908         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2909         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2910         if (bucket == NULL)
2911                 return (NULL);
2912
2913         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2914         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2915             max, domain, flags);
2916
2917         /*
2918          * Initialize the memory if necessary.
2919          */
2920         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2921                 int i;
2922
2923                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2924                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2925                             flags) != 0)
2926                                 break;
2927                 /*
2928                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2929                  * rest back onto the freelist.
2930                  */
2931                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2932                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2933                             bucket->ub_cnt - i);
2934 #ifdef INVARIANTS
2935                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2936                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2937 #endif
2938                         bucket->ub_cnt = i;
2939                 }
2940         }
2941
2942         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2943                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2944                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2945                 return (NULL);
2946         }
2947
2948         return (bucket);
2949 }
2950
2951 /*
2952  * Allocates a single item from a zone.
2953  *
2954  * Arguments
2955  *      zone   The zone to alloc for.
2956  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2957  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
2958  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2959  *
2960  * Returns
2961  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2962  *      An item if successful
2963  */
2964
2965 static void *
2966 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2967 {
2968         void *item;
2969 #ifdef INVARIANTS
2970         bool skipdbg;
2971 #endif
2972
2973         item = NULL;
2974
2975         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
2976                 goto fail;
2977         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2978
2979 #ifdef INVARIANTS
2980         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2981 #endif
2982         /*
2983          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2984          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2985          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2986          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2987          */
2988         if (zone->uz_init != NULL) {
2989                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2990                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2991                         goto fail;
2992                 }
2993         }
2994         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2995 #ifdef INVARIANTS
2996             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2997             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2998 #endif
2999             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
3000                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3001                 goto fail;
3002         }
3003 #ifdef INVARIANTS
3004         if (!skipdbg)
3005                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3006 #endif
3007         if (flags & M_ZERO)
3008                 uma_zero_item(item, zone);
3009
3010         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
3011             zone->uz_name, zone);
3012
3013         return (item);
3014
3015 fail:
3016         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
3017             zone->uz_name, zone);
3018         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3019         return (NULL);
3020 }
3021
3022 /* See uma.h */
3023 void
3024 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3025 {
3026         uma_cache_t cache;
3027         uma_bucket_t bucket;
3028         uma_zone_domain_t zdom;
3029         int cpu, domain, lockfail;
3030 #ifdef INVARIANTS
3031         bool skipdbg;
3032 #endif
3033
3034         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3035         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3036
3037         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3038             zone->uz_name);
3039
3040         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3041             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3042
3043         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3044         if (item == NULL)
3045                 return;
3046 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3047         if (is_memguard_addr(item)) {
3048                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3049                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3050                 if (zone->uz_fini != NULL)
3051                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3052                 memguard_free(item);
3053                 return;
3054         }
3055 #endif
3056 #ifdef INVARIANTS
3057         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3058         if (skipdbg == false) {
3059                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3060                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3061                 else
3062                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3063         }
3064         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3065             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3066 #else
3067         if (zone->uz_dtor != NULL)
3068 #endif
3069                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3070
3071         /*
3072          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3073          * a little longer for the limits to be reset.
3074          */
3075         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
3076                 goto zfree_item;
3077
3078         /*
3079          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3080          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3081          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3082          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3083          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3084          * preemption and migration.  We release the critical section in
3085          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3086          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3087          * detect and handle migration if it has occurred.
3088          */
3089 zfree_restart:
3090         critical_enter();
3091         cpu = curcpu;
3092         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3093
3094 zfree_start:
3095         /*
3096          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3097          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3098          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3099          */
3100         bucket = cache->uc_allocbucket;
3101         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3102                 bucket = cache->uc_freebucket;
3103         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3104                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3105                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3106                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3107                 bucket->ub_cnt++;
3108                 cache->uc_frees++;
3109                 critical_exit();
3110                 return;
3111         }
3112
3113         /*
3114          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3115          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3116          * section.  Since the critical section is released, we may be
3117          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3118          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3119          * the critical section.
3120          */
3121         critical_exit();
3122         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3123                 goto zfree_item;
3124
3125         lockfail = 0;
3126         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3127                 /* Record contention to size the buckets. */
3128                 ZONE_LOCK(zone);
3129                 lockfail = 1;
3130         }
3131         critical_enter();
3132         cpu = curcpu;
3133         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3134
3135         bucket = cache->uc_freebucket;
3136         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3137                 ZONE_UNLOCK(zone);
3138                 goto zfree_start;
3139         }
3140         cache->uc_freebucket = NULL;
3141         /* We are no longer associated with this CPU. */
3142         critical_exit();
3143
3144         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0)
3145                 domain = PCPU_GET(domain);
3146         else
3147                 domain = 0;
3148         zdom = &zone->uz_domain[0];
3149
3150         /* Can we throw this on the zone full list? */
3151         if (bucket != NULL) {
3152                 CTR3(KTR_UMA,
3153                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3154                     zone->uz_name, zone, bucket);
3155                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3156                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
3157                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
3158                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
3159                         ZONE_UNLOCK(zone);
3160                         bucket_drain(zone, bucket);
3161                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3162                         goto zfree_restart;
3163                 } else
3164                         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
3165         }
3166
3167         /*
3168          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3169          * handle the working set.
3170          */
3171         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
3172                 zone->uz_count++;
3173         ZONE_UNLOCK(zone);
3174
3175         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3176         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3177             zone->uz_name, zone, bucket);
3178         if (bucket) {
3179                 critical_enter();
3180                 cpu = curcpu;
3181                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3182                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3183                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3184                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3185                         cache->uc_freebucket = bucket;
3186                         goto zfree_start;
3187                 }
3188                 /*
3189                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3190                  * critical section to free the bucket.
3191                  */
3192                 critical_exit();
3193                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3194                 goto zfree_restart;
3195         }
3196
3197         /*
3198          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3199          */
3200 zfree_item:
3201         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3202
3203         return;
3204 }
3205
3206 void
3207 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3208 {
3209
3210         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3211         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3212
3213         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3214             zone->uz_name);
3215
3216         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3217             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3218
3219         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3220         if (item == NULL)
3221                 return;
3222         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3223 }
3224
3225 static void
3226 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
3227 {
3228         uma_domain_t dom;
3229         uint8_t freei;
3230
3231         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
3232         MPASS(keg == slab->us_keg);
3233
3234         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3235
3236         /* Do we need to remove from any lists? */
3237         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3238                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3239                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3240         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3241                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3242                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3243         }
3244
3245         /* Slab management. */
3246         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3247         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3248         slab->us_freecount++;
3249
3250         /* Keg statistics. */
3251         keg->uk_free++;
3252 }
3253
3254 static void
3255 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3256 {
3257         void *item;
3258         uma_slab_t slab;
3259         uma_keg_t keg;
3260         uint8_t *mem;
3261         int clearfull;
3262         int i;
3263
3264         clearfull = 0;
3265         keg = zone_first_keg(zone);
3266         KEG_LOCK(keg);
3267         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3268                 item = bucket[i];
3269                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3270                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3271                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3272                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3273                         } else {
3274                                 mem += keg->uk_pgoff;
3275                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3276                         }
3277                 } else {
3278                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3279                         if (slab->us_keg != keg) {
3280                                 KEG_UNLOCK(keg);
3281                                 keg = slab->us_keg;
3282                                 KEG_LOCK(keg);
3283                         }
3284                 }
3285                 slab_free_item(keg, slab, item);
3286                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
3287                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
3288                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3289                                 clearfull = 1;
3290                         }
3291
3292                         /*
3293                          * We can handle one more allocation. Since we're
3294                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
3295                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
3296                          * simple for now (rather than adding count of blocked
3297                          * threads etc).
3298                          */
3299                         wakeup(keg);
3300                 }
3301         }
3302         KEG_UNLOCK(keg);
3303         if (clearfull) {
3304                 ZONE_LOCK(zone);
3305                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3306                 wakeup(zone);
3307                 ZONE_UNLOCK(zone);
3308         }
3309
3310 }
3311
3312 /*
3313  * Frees a single item to any zone.
3314  *
3315  * Arguments:
3316  *      zone   The zone to free to
3317  *      item   The item we're freeing
3318  *      udata  User supplied data for the dtor
3319  *      skip   Skip dtors and finis
3320  */
3321 static void
3322 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3323 {
3324 #ifdef INVARIANTS
3325         bool skipdbg;
3326
3327         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3328         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3329                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3330                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3331                 else
3332                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3333         }
3334
3335         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3336             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3337             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3338 #else
3339         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3340 #endif
3341                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3342
3343         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3344                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3345
3346         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
3347         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3348 }
3349
3350 /* See uma.h */
3351 int
3352 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3353 {
3354         uma_keg_t keg;
3355
3356         keg = zone_first_keg(zone);
3357         if (keg == NULL)
3358                 return (0);
3359         KEG_LOCK(keg);
3360         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
3361         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
3362                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
3363         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3364         KEG_UNLOCK(keg);
3365
3366         return (nitems);
3367 }
3368
3369 /* See uma.h */
3370 int
3371 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3372 {
3373         int nitems;
3374         uma_keg_t keg;
3375
3376         keg = zone_first_keg(zone);
3377         if (keg == NULL)
3378                 return (0);
3379         KEG_LOCK(keg);
3380         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3381         KEG_UNLOCK(keg);
3382
3383         return (nitems);
3384 }
3385
3386 /* See uma.h */
3387 void
3388 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3389 {
3390
3391         ZONE_LOCK(zone);
3392         zone->uz_warning = warning;
3393         ZONE_UNLOCK(zone);
3394 }
3395
3396 /* See uma.h */
3397 void
3398 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3399 {
3400
3401         ZONE_LOCK(zone);
3402         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3403         ZONE_UNLOCK(zone);
3404 }
3405
3406 /* See uma.h */
3407 int
3408 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3409 {
3410         int64_t nitems;
3411         u_int i;
3412
3413         ZONE_LOCK(zone);
3414         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
3415         CPU_FOREACH(i) {
3416                 /*
3417                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3418                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3419                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3420                  */
3421                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3422                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3423         }
3424         ZONE_UNLOCK(zone);
3425
3426         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3427 }
3428
3429 /* See uma.h */
3430 void
3431 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3432 {
3433         uma_keg_t keg;
3434
3435         keg = zone_first_keg(zone);
3436         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3437         KEG_LOCK(keg);
3438         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3439             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3440         keg->uk_init = uminit;
3441         KEG_UNLOCK(keg);
3442 }
3443
3444 /* See uma.h */
3445 void
3446 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3447 {
3448         uma_keg_t keg;
3449
3450         keg = zone_first_keg(zone);
3451         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3452         KEG_LOCK(keg);
3453         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3454             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3455         keg->uk_fini = fini;
3456         KEG_UNLOCK(keg);
3457 }
3458
3459 /* See uma.h */
3460 void
3461 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3462 {
3463
3464         ZONE_LOCK(zone);
3465         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3466             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3467         zone->uz_init = zinit;
3468         ZONE_UNLOCK(zone);
3469 }
3470
3471 /* See uma.h */
3472 void
3473 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3474 {
3475
3476         ZONE_LOCK(zone);
3477         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3478             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3479         zone->uz_fini = zfini;
3480         ZONE_UNLOCK(zone);
3481 }
3482
3483 /* See uma.h */
3484 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3485 void
3486 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3487 {
3488         uma_keg_t keg;
3489
3490         keg = zone_first_keg(zone);
3491         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3492         KEG_LOCK(keg);
3493         keg->uk_freef = freef;
3494         KEG_UNLOCK(keg);
3495 }
3496
3497 /* See uma.h */
3498 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3499 void
3500 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3501 {
3502         uma_keg_t keg;
3503
3504         keg = zone_first_keg(zone);
3505         KEG_LOCK(keg);
3506         keg->uk_allocf = allocf;
3507         KEG_UNLOCK(keg);
3508 }
3509
3510 /* See uma.h */
3511 void
3512 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3513 {
3514         uma_keg_t keg;
3515
3516         keg = zone_first_keg(zone);
3517         if (keg == NULL)
3518                 return;
3519         KEG_LOCK(keg);
3520         keg->uk_reserve = items;
3521         KEG_UNLOCK(keg);
3522
3523         return;
3524 }
3525
3526 /* See uma.h */
3527 int
3528 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3529 {
3530         uma_keg_t keg;
3531         vm_offset_t kva;
3532         u_int pages;
3533
3534         keg = zone_first_keg(zone);
3535         if (keg == NULL)
3536                 return (0);
3537         pages = count / keg->uk_ipers;
3538
3539         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3540                 pages++;
3541         pages *= keg->uk_ppera;
3542
3543 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3544         if (keg->uk_ppera > 1) {
3545 #else
3546         if (1) {
3547 #endif
3548                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3549                 if (kva == 0)
3550                         return (0);
3551         } else
3552                 kva = 0;
3553         KEG_LOCK(keg);
3554         keg->uk_kva = kva;
3555         keg->uk_offset = 0;
3556         keg->uk_maxpages = pages;
3557 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3558         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3559 #else
3560         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3561 #endif
3562         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3563         KEG_UNLOCK(keg);
3564
3565         return (1);
3566 }
3567
3568 /* See uma.h */
3569 void
3570 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3571 {
3572         uma_domain_t dom;
3573         uma_slab_t slab;
3574         uma_keg_t keg;
3575         int domain, slabs;
3576
3577         keg = zone_first_keg(zone);
3578         if (keg == NULL)
3579                 return;
3580         KEG_LOCK(keg);
3581         slabs = items / keg->uk_ipers;
3582         domain = 0;
3583         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3584                 slabs++;
3585         while (slabs > 0) {
3586                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK);
3587                 if (slab == NULL)
3588                         break;
3589                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3590                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3591                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3592                 slabs--;
3593                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
3594         }
3595         KEG_UNLOCK(keg);
3596 }
3597
3598 /* See uma.h */
3599 static void
3600 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3601 {
3602
3603         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3604         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3605         bucket_enable();
3606         zone_foreach(zone_drain);
3607         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3608                 cache_drain_safe(NULL);
3609                 zone_foreach(zone_drain);
3610         }
3611         /*
3612          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3613          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3614          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3615          */
3616         zone_drain(slabzone);
3617         bucket_zone_drain();
3618 }
3619
3620 void
3621 uma_reclaim(void)
3622 {
3623
3624         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3625         uma_reclaim_locked(false);
3626         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3627 }
3628
3629 static volatile int uma_reclaim_needed;
3630
3631 void
3632 uma_reclaim_wakeup(void)
3633 {
3634
3635         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3636                 wakeup(uma_reclaim);
3637 }
3638
3639 void
3640 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3641 {
3642
3643         for (;;) {
3644                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3645                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3646                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3647                             hz);
3648                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3649                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3650                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3651                 uma_reclaim_locked(true);
3652                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3653                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3654                 /* Don't fire more than once per-second. */
3655                 pause("umarclslp", hz);
3656         }
3657 }
3658
3659 /* See uma.h */
3660 int
3661 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3662 {
3663         int full;
3664
3665         ZONE_LOCK(zone);
3666         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3667         ZONE_UNLOCK(zone);
3668         return (full);
3669 }
3670
3671 int
3672 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3673 {
3674         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3675 }
3676
3677 void *
3678 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3679 {
3680         vm_offset_t addr;
3681         uma_slab_t slab;
3682
3683         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3684         if (slab == NULL)
3685                 return (NULL);
3686         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
3687                 addr = kmem_malloc(size, wait);
3688         else
3689                 addr = kmem_malloc_domain(domain, size, wait);
3690         if (addr != 0) {
3691                 vsetslab(addr, slab);
3692                 slab->us_data = (void *)addr;
3693                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3694                 slab->us_size = size;
3695                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3696                     pmap_kextract(addr)));
3697                 uma_total_inc(size);
3698         } else {
3699                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3700         }
3701
3702         return ((void *)addr);
3703 }
3704
3705 void *
3706 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3707 {
3708
3709         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3710 }
3711
3712 void
3713 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3714 {
3715
3716         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3717             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3718         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3719         uma_total_dec(slab->us_size);
3720         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3721 }
3722
3723 static void
3724 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3725 {
3726
3727         bzero(item, zone->uz_size);
3728 }
3729
3730 unsigned long
3731 uma_limit(void)
3732 {
3733
3734         return (uma_kmem_limit);
3735 }
3736
3737 void
3738 uma_set_limit(unsigned long limit)
3739 {
3740
3741         uma_kmem_limit = limit;
3742 }
3743
3744 unsigned long
3745 uma_size(void)
3746 {
3747
3748         return (uma_kmem_total);
3749 }
3750
3751 long
3752 uma_avail(void)
3753 {
3754
3755         return (uma_kmem_limit - uma_kmem_total);
3756 }
3757
3758 void
3759 uma_print_stats(void)
3760 {
3761         zone_foreach(uma_print_zone);
3762 }
3763
3764 static void
3765 slab_print(uma_slab_t slab)
3766 {
3767         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3768                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3769 }
3770
3771 static void
3772 cache_print(uma_cache_t cache)
3773 {
3774         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3775                 cache->uc_allocbucket,
3776                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3777                 cache->uc_freebucket,
3778                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3779 }
3780
3781 static void
3782 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3783 {
3784         uma_domain_t dom;
3785         uma_slab_t slab;
3786         int i;
3787
3788         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3789             "out %d free %d limit %d\n",
3790             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3791             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3792             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3793             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3794         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3795                 dom = &keg->uk_domain[i];
3796                 printf("Part slabs:\n");
3797                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3798                         slab_print(slab);
3799                 printf("Free slabs:\n");
3800                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3801                         slab_print(slab);
3802                 printf("Full slabs:\n");
3803                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3804                         slab_print(slab);
3805         }
3806 }
3807
3808 void
3809 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3810 {
3811         uma_cache_t cache;
3812         uma_klink_t kl;
3813         int i;
3814
3815         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3816             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3817         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3818                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3819         CPU_FOREACH(i) {
3820                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3821                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3822                 cache_print(cache);
3823         }
3824 }
3825
3826 #ifdef DDB
3827 /*
3828  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3829  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3830  *
3831  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3832  * per-CPU cache statistic.
3833  *
3834  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3835  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3836  * directly so that we don't have to.
3837  */
3838 static void
3839 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3840     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3841 {
3842         uma_cache_t cache;
3843         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3844         int cachefree, cpu;
3845
3846         allocs = frees = sleeps = 0;
3847         cachefree = 0;
3848         CPU_FOREACH(cpu) {
3849                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3850                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3851                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3852                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3853                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3854                 allocs += cache->uc_allocs;
3855                 frees += cache->uc_frees;
3856         }
3857         allocs += z->uz_allocs;
3858         frees += z->uz_frees;
3859         sleeps += z->uz_sleeps;
3860         if (cachefreep != NULL)
3861                 *cachefreep = cachefree;
3862         if (allocsp != NULL)
3863                 *allocsp = allocs;
3864         if (freesp != NULL)
3865                 *freesp = frees;
3866         if (sleepsp != NULL)
3867                 *sleepsp = sleeps;
3868 }
3869 #endif /* DDB */
3870
3871 static int
3872 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3873 {
3874         uma_keg_t kz;
3875         uma_zone_t z;
3876         int count;
3877
3878         count = 0;
3879         rw_rlock(&uma_rwlock);
3880         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3881                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3882                         count++;
3883         }
3884         rw_runlock(&uma_rwlock);
3885         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3886 }
3887
3888 static int
3889 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3890 {
3891         struct uma_stream_header ush;
3892         struct uma_type_header uth;
3893         struct uma_percpu_stat *ups;
3894         uma_bucket_t bucket;
3895         uma_zone_domain_t zdom;
3896         struct sbuf sbuf;
3897         uma_cache_t cache;
3898         uma_klink_t kl;
3899         uma_keg_t kz;
3900         uma_zone_t z;
3901         uma_keg_t k;
3902         int count, error, i;
3903
3904         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3905         if (error != 0)
3906                 return (error);
3907         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3908         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3909         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
3910
3911         count = 0;
3912         rw_rlock(&uma_rwlock);
3913         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3914                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3915                         count++;
3916         }
3917
3918         /*
3919          * Insert stream header.
3920          */
3921         bzero(&ush, sizeof(ush));
3922         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3923         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3924         ush.ush_count = count;
3925         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3926
3927         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3928                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3929                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3930                         ZONE_LOCK(z);
3931                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3932                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3933                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3934                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3935                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3936                                 k = kl->kl_keg;
3937                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3938                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3939                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3940                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3941                                     * k->uk_ipers;
3942                         }
3943
3944                         /*
3945                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3946                          * on the keg's zone list.
3947                          */
3948                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3949                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3950                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3951
3952                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3953                                 zdom = &z->uz_domain[i];
3954                                 LIST_FOREACH(bucket, &zdom->uzd_buckets,
3955                                     ub_link)
3956                                         uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3957                         }
3958                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3959                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3960                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3961                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3962                         /*
3963                          * While it is not normally safe to access the cache
3964                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3965                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3966                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3967                          * accept the possible race associated with bucket
3968                          * exchange during monitoring.
3969                          */
3970                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
3971                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
3972                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
3973                                     CPU_ABSENT(i))
3974                                         continue;
3975                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3976                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3977                                         ups[i].ups_cache_free +=
3978                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3979                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3980                                         ups[i].ups_cache_free +=
3981                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3982                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
3983                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
3984                         }
3985                         ZONE_UNLOCK(z);
3986                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3987                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
3988                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
3989                 }
3990         }
3991         rw_runlock(&uma_rwlock);
3992         error = sbuf_finish(&sbuf);
3993         sbuf_delete(&sbuf);
3994         free(ups, M_TEMP);
3995         return (error);
3996 }
3997
3998 int
3999 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4000 {
4001         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4002         int error, max;
4003
4004         max = uma_zone_get_max(zone);
4005         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4006         if (error || !req->newptr)
4007                 return (error);
4008
4009         uma_zone_set_max(zone, max);
4010
4011         return (0);
4012 }
4013
4014 int
4015 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4016 {
4017         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4018         int cur;
4019
4020         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4021         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4022 }
4023
4024 #ifdef INVARIANTS
4025 static uma_slab_t
4026 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4027 {
4028         uma_slab_t slab;
4029         uma_keg_t keg;
4030         uint8_t *mem;
4031
4032         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4033         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4034                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4035         } else {
4036                 /*
4037                  * It is safe to return the slab here even though the
4038                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4039                  * essentially holds a reference.
4040                  */
4041                 ZONE_LOCK(zone);
4042                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
4043                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4044                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4045                 else
4046                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4047                 ZONE_UNLOCK(zone);
4048         }
4049
4050         return (slab);
4051 }
4052
4053 static bool
4054 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4055 {
4056         uma_keg_t keg;
4057
4058         if ((keg = zone_first_keg(zone)) == NULL)
4059                 return (true);
4060
4061         return (uma_dbg_kskip(keg, mem));
4062 }
4063
4064 static bool
4065 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4066 {
4067         uintptr_t idx;
4068
4069         if (dbg_divisor == 0)
4070                 return (true);
4071
4072         if (dbg_divisor == 1)
4073                 return (false);
4074
4075         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4076         if (keg->uk_ipers > 1) {
4077                 idx *= keg->uk_ipers;
4078                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4079         }
4080
4081         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4082                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4083                 return (true);
4084         }
4085         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4086
4087         return (false);
4088 }
4089
4090 /*
4091  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4092  *
4093  */
4094 static void
4095 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4096 {
4097         uma_keg_t keg;
4098         int freei;
4099
4100         if (slab == NULL) {
4101                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4102                 if (slab == NULL)
4103                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4104                             item, zone->uz_name);
4105         }
4106         keg = slab->us_keg;
4107         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4108
4109         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4110                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4111                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4112         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4113
4114         return;
4115 }
4116
4117 /*
4118  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4119  * and duplicate frees.
4120  *
4121  */
4122 static void
4123 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4124 {
4125         uma_keg_t keg;
4126         int freei;
4127
4128         if (slab == NULL) {
4129                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4130                 if (slab == NULL)
4131                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4132                             item, zone->uz_name);
4133         }
4134         keg = slab->us_keg;
4135         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4136
4137         if (freei >= keg->uk_ipers)
4138                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4139                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4140
4141         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4142                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4143                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4144
4145         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4146                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4147                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4148
4149         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4150 }
4151 #endif /* INVARIANTS */
4152
4153 #ifdef DDB
4154 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4155 {
4156         uma_bucket_t bucket;
4157         uma_keg_t kz;
4158         uma_zone_t z;
4159         uma_zone_domain_t zdom;
4160         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4161         int cachefree, i;
4162
4163         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4164             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4165         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4166                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4167                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4168                                 allocs = z->uz_allocs;
4169                                 frees = z->uz_frees;
4170                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4171                                 cachefree = 0;
4172                         } else
4173                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4174                                     &frees, &sleeps);
4175                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4176                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4177                                 cachefree += kz->uk_free;
4178                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4179                                 zdom = &z->uz_domain[i];
4180                                 LIST_FOREACH(bucket, &zdom->uzd_buckets,
4181                                     ub_link)
4182                                         cachefree += bucket->ub_cnt;
4183                         }
4184                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
4185                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4186                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4187                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4188                         if (db_pager_quit)
4189                                 return;
4190                 }
4191         }
4192 }
4193
4194 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4195 {
4196         uma_bucket_t bucket;
4197         uma_zone_t z;
4198         uma_zone_domain_t zdom;
4199         uint64_t allocs, frees;
4200         int cachefree, i;
4201
4202         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4203             "Requests", "Bucket");
4204         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4205                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4206                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4207                         zdom = &z->uz_domain[i];
4208                         LIST_FOREACH(bucket, &zdom->uzd_buckets, ub_link)
4209                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
4210                 }
4211                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
4212                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4213                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4214                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4215                 if (db_pager_quit)
4216                         return;
4217         }
4218 }
4219 #endif  /* DDB */