]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/vm/uma_core.c
MFC r314272: call vm_lowmem hook in uma_reclaim_worker
[FreeBSD/stable/10.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * effecient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 /* I should really use ktr.. */
54 /*
55 #define UMA_DEBUG 1
56 #define UMA_DEBUG_ALLOC 1
57 #define UMA_DEBUG_ALLOC_1 1
58 */
59
60 #include "opt_ddb.h"
61 #include "opt_param.h"
62 #include "opt_vm.h"
63
64 #include <sys/param.h>
65 #include <sys/systm.h>
66 #include <sys/bitset.h>
67 #include <sys/eventhandler.h>
68 #include <sys/kernel.h>
69 #include <sys/types.h>
70 #include <sys/queue.h>
71 #include <sys/malloc.h>
72 #include <sys/ktr.h>
73 #include <sys/lock.h>
74 #include <sys/sysctl.h>
75 #include <sys/mutex.h>
76 #include <sys/proc.h>
77 #include <sys/rwlock.h>
78 #include <sys/sbuf.h>
79 #include <sys/sched.h>
80 #include <sys/smp.h>
81 #include <sys/vmmeter.h>
82
83 #include <vm/vm.h>
84 #include <vm/vm_object.h>
85 #include <vm/vm_page.h>
86 #include <vm/vm_pageout.h>
87 #include <vm/vm_param.h>
88 #include <vm/vm_map.h>
89 #include <vm/vm_kern.h>
90 #include <vm/vm_extern.h>
91 #include <vm/uma.h>
92 #include <vm/uma_int.h>
93 #include <vm/uma_dbg.h>
94
95 #include <ddb/ddb.h>
96
97 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
98 #include <vm/memguard.h>
99 #endif
100
101 /*
102  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
103  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
104  * bss section to bootstrap us.
105  */
106 static struct uma_keg masterkeg;
107 static struct uma_zone masterzone_k;
108 static struct uma_zone masterzone_z;
109 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
110 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
111
112 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
113 static uma_zone_t slabzone;
114 static uma_zone_t slabrefzone;  /* With refcounters (for UMA_ZONE_REFCNT) */
115
116 /*
117  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
118  * prior to malloc coming up.
119  */
120 static uma_zone_t hashzone;
121
122 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
123 int uma_align_cache = 64 - 1;
124
125 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
126
127 /*
128  * Are we allowed to allocate buckets?
129  */
130 static int bucketdisable = 1;
131
132 /* Linked list of all kegs in the system */
133 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
134
135 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
136 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
137     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
138
139 /* This RW lock protects the keg list */
140 static struct rwlock_padalign uma_rwlock;
141
142 /* Linked list of boot time pages */
143 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
144     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_boot_pages);
145
146 /* This mutex protects the boot time pages list */
147 static struct mtx_padalign uma_boot_pages_mtx;
148
149 static struct sx uma_drain_lock;
150
151 /* Is the VM done starting up? */
152 static int booted = 0;
153 #define UMA_STARTUP     1
154 #define UMA_STARTUP2    2
155
156 /*
157  * Only mbuf clusters use ref zones.  Just provide enough references
158  * to support the one user.  New code should not use the ref facility.
159  */
160 static const u_int uma_max_ipers_ref = PAGE_SIZE / MCLBYTES;
161
162 /*
163  * This is the handle used to schedule events that need to happen
164  * outside of the allocation fast path.
165  */
166 static struct callout uma_callout;
167 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
168
169 /*
170  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
171  * a special allocation function just for zones.
172  */
173 struct uma_zctor_args {
174         const char *name;
175         size_t size;
176         uma_ctor ctor;
177         uma_dtor dtor;
178         uma_init uminit;
179         uma_fini fini;
180         uma_import import;
181         uma_release release;
182         void *arg;
183         uma_keg_t keg;
184         int align;
185         uint32_t flags;
186 };
187
188 struct uma_kctor_args {
189         uma_zone_t zone;
190         size_t size;
191         uma_init uminit;
192         uma_fini fini;
193         int align;
194         uint32_t flags;
195 };
196
197 struct uma_bucket_zone {
198         uma_zone_t      ubz_zone;
199         char            *ubz_name;
200         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
201         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
202 };
203
204 /*
205  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
206  * of two sizes for more efficient space utilization.
207  */
208 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
209     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
210
211 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
212
213 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
214         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
215         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
216         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
217         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
218         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
219         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
220         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
221         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
222         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
223         { NULL, NULL, 0}
224 };
225
226 /*
227  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
228  */
229 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
230
231 /* Prototypes.. */
232
233 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
234 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
235 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
236 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
237 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
238 static void cache_drain(uma_zone_t);
239 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
240 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
241 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
242 static void keg_dtor(void *, int, void *);
243 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
244 static void zone_dtor(void *, int, void *);
245 static int zero_init(void *, int, int);
246 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
247 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
248 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
249 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
250 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
251 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
252 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
253 static void uma_timeout(void *);
254 static void uma_startup3(void);
255 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
256 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
257 static void bucket_enable(void);
258 static void bucket_init(void);
259 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
260 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
261 static void bucket_zone_drain(void);
262 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
263 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
264 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
265 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
266 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
267 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
268     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
269 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
270 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
271 static void uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone);
272
273 void uma_print_zone(uma_zone_t);
274 void uma_print_stats(void);
275 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
276 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
277
278 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
279
280 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
281     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
282
283 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
284     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
285
286 static int zone_warnings = 1;
287 TUNABLE_INT("vm.zone_warnings", &zone_warnings);
288 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RW, &zone_warnings, 0,
289     "Warn when UMA zones becomes full");
290
291 /*
292  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
293  */
294 static void
295 bucket_enable(void)
296 {
297         bucketdisable = vm_page_count_min();
298 }
299
300 /*
301  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
302  *
303  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
304  * of the header and an array of pointers.
305  */
306 static void
307 bucket_init(void)
308 {
309         struct uma_bucket_zone *ubz;
310         int size;
311         int i;
312
313         for (i = 0, ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
314                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
315                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
316                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
317                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
318                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
319         }
320 }
321
322 /*
323  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
324  * to allocate the bucket.
325  */
326 static struct uma_bucket_zone *
327 bucket_zone_lookup(int entries)
328 {
329         struct uma_bucket_zone *ubz;
330
331         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
332                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
333                         return (ubz);
334         ubz--;
335         return (ubz);
336 }
337
338 static int
339 bucket_select(int size)
340 {
341         struct uma_bucket_zone *ubz;
342
343         ubz = &bucket_zones[0];
344         if (size > ubz->ubz_maxsize)
345                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
346
347         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
348                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
349                         break;
350         ubz--;
351         return (ubz->ubz_entries);
352 }
353
354 static uma_bucket_t
355 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
356 {
357         struct uma_bucket_zone *ubz;
358         uma_bucket_t bucket;
359
360         /*
361          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
362          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
363          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
364          * low memory situations.
365          */
366         if (bucketdisable)
367                 return (NULL);
368         /*
369          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
370          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
371          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
372          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
373          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
374          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
375          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
376          * free path.
377          */
378         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
379                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
380         else {
381                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
382                         return (NULL);
383                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
384         }
385         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
386                 flags |= M_NOVM;
387         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
388         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
389                 ubz++;
390         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
391         if (bucket) {
392 #ifdef INVARIANTS
393                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
394 #endif
395                 bucket->ub_cnt = 0;
396                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
397         }
398
399         return (bucket);
400 }
401
402 static void
403 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
404 {
405         struct uma_bucket_zone *ubz;
406
407         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
408             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
409         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
410                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
411         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
412         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
413 }
414
415 static void
416 bucket_zone_drain(void)
417 {
418         struct uma_bucket_zone *ubz;
419
420         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
421                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
422 }
423
424 static void
425 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
426 {
427         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
428
429         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
430                 return;
431
432         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
433                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
434 }
435
436 static void
437 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
438 {
439         uma_klink_t klink;
440
441         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
442                 kegfn(klink->kl_keg);
443 }
444
445 /*
446  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
447  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
448  *
449  * Arguments:
450  *      arg   Unused
451  *
452  * Returns:
453  *      Nothing
454  */
455 static void
456 uma_timeout(void *unused)
457 {
458         bucket_enable();
459         zone_foreach(zone_timeout);
460
461         /* Reschedule this event */
462         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
463 }
464
465 /*
466  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
467  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
468  *
469  *  Returns nothing.
470  */
471 static void
472 keg_timeout(uma_keg_t keg)
473 {
474
475         KEG_LOCK(keg);
476         /*
477          * Expand the keg hash table.
478          *
479          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
480          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
481          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
482          */
483         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
484             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
485                 struct uma_hash newhash;
486                 struct uma_hash oldhash;
487                 int ret;
488
489                 /*
490                  * This is so involved because allocating and freeing
491                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
492                  * I have to do everything in stages and check for
493                  * races.
494                  */
495                 newhash = keg->uk_hash;
496                 KEG_UNLOCK(keg);
497                 ret = hash_alloc(&newhash);
498                 KEG_LOCK(keg);
499                 if (ret) {
500                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
501                                 oldhash = keg->uk_hash;
502                                 keg->uk_hash = newhash;
503                         } else
504                                 oldhash = newhash;
505
506                         KEG_UNLOCK(keg);
507                         hash_free(&oldhash);
508                         return;
509                 }
510         }
511         KEG_UNLOCK(keg);
512 }
513
514 static void
515 zone_timeout(uma_zone_t zone)
516 {
517
518         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
519 }
520
521 /*
522  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
523  * backing store.
524  *
525  * Arguments:
526  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
527  *
528  * Returns:
529  *      1 on sucess and 0 on failure.
530  */
531 static int
532 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
533 {
534         int oldsize;
535         int alloc;
536
537         oldsize = hash->uh_hashsize;
538
539         /* We're just going to go to a power of two greater */
540         if (oldsize)  {
541                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
542                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
543                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
544                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
545         } else {
546                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
547                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
548                     M_WAITOK);
549                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
550         }
551         if (hash->uh_slab_hash) {
552                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
553                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
554                 return (1);
555         }
556
557         return (0);
558 }
559
560 /*
561  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
562  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
563  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
564  *
565  * Arguments:
566  *      oldhash  The hash you want to expand
567  *      newhash  The hash structure for the new table
568  *
569  * Returns:
570  *      Nothing
571  *
572  * Discussion:
573  */
574 static int
575 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
576 {
577         uma_slab_t slab;
578         int hval;
579         int i;
580
581         if (!newhash->uh_slab_hash)
582                 return (0);
583
584         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
585                 return (0);
586
587         /*
588          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
589          * full rehash.
590          */
591
592         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
593                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
594                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
595                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
596                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
597                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
598                             slab, us_hlink);
599                 }
600
601         return (1);
602 }
603
604 /*
605  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
606  *
607  * Arguments:
608  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
609  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
610  *
611  * Returns:
612  *      Nothing
613  */
614 static void
615 hash_free(struct uma_hash *hash)
616 {
617         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
618                 return;
619         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
620                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
621         else
622                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
623 }
624
625 /*
626  * Frees all outstanding items in a bucket
627  *
628  * Arguments:
629  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
630  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
631  *
632  * Returns:
633  *      Nothing
634  */
635
636 static void
637 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
638 {
639         int i;
640
641         if (bucket == NULL)
642                 return;
643
644         if (zone->uz_fini)
645                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
646                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
647         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
648         bucket->ub_cnt = 0;
649 }
650
651 /*
652  * Drains the per cpu caches for a zone.
653  *
654  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
655  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
656  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
657  *
658  * Arguments:
659  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
660  *
661  * Returns:
662  *      Nothing
663  */
664 static void
665 cache_drain(uma_zone_t zone)
666 {
667         uma_cache_t cache;
668         int cpu;
669
670         /*
671          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
672          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
673          * of the caches at this point.
674          *
675          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
676          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
677          *
678          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
679          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
680          * there in some form?
681          */
682         CPU_FOREACH(cpu) {
683                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
684                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
685                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
686                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
687                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
688                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
689                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
690                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
691         }
692         ZONE_LOCK(zone);
693         bucket_cache_drain(zone);
694         ZONE_UNLOCK(zone);
695 }
696
697 static void
698 cache_shrink(uma_zone_t zone)
699 {
700
701         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
702                 return;
703
704         ZONE_LOCK(zone);
705         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
706         ZONE_UNLOCK(zone);
707 }
708
709 static void
710 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
711 {
712         uma_cache_t cache;
713         uma_bucket_t b1, b2;
714
715         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
716                 return;
717
718         b1 = b2 = NULL;
719         ZONE_LOCK(zone);
720         critical_enter();
721         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
722         if (cache->uc_allocbucket) {
723                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
724                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
725                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
726                 else
727                         b1 = cache->uc_allocbucket;
728                 cache->uc_allocbucket = NULL;
729         }
730         if (cache->uc_freebucket) {
731                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
732                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
733                             cache->uc_freebucket, ub_link);
734                 else
735                         b2 = cache->uc_freebucket;
736                 cache->uc_freebucket = NULL;
737         }
738         critical_exit();
739         ZONE_UNLOCK(zone);
740         if (b1)
741                 bucket_free(zone, b1, NULL);
742         if (b2)
743                 bucket_free(zone, b2, NULL);
744 }
745
746 /*
747  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
748  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
749  * one by one and enter a critical section on each of them in order
750  * to safely access their cache buckets.
751  * Zone lock must not be held on call this function.
752  */
753 static void
754 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
755 {
756         int cpu;
757
758         /*
759          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
760          */
761         if (zone)
762                 cache_shrink(zone);
763         else
764                 zone_foreach(cache_shrink);
765
766         CPU_FOREACH(cpu) {
767                 thread_lock(curthread);
768                 sched_bind(curthread, cpu);
769                 thread_unlock(curthread);
770
771                 if (zone)
772                         cache_drain_safe_cpu(zone);
773                 else
774                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
775         }
776         thread_lock(curthread);
777         sched_unbind(curthread);
778         thread_unlock(curthread);
779 }
780
781 /*
782  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
783  */
784 static void
785 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
786 {
787         uma_bucket_t bucket;
788
789         /*
790          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
791          * cpu (alloc/free).
792          */
793         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
794                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
795                 ZONE_UNLOCK(zone);
796                 bucket_drain(zone, bucket);
797                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
798                 ZONE_LOCK(zone);
799         }
800
801         /*
802          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
803          * is probably lower then price of global cache drain.
804          */
805         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
806                 zone->uz_count--;
807 }
808
809 static void
810 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
811 {
812         uint8_t *mem;
813         int i;
814         uint8_t flags;
815
816         mem = slab->us_data;
817         flags = slab->us_flags;
818         i = start;
819         if (keg->uk_fini != NULL) {
820                 for (i--; i > -1; i--)
821                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
822                             keg->uk_size);
823         }
824         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
825                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
826 #ifdef UMA_DEBUG
827         printf("%s: Returning %d bytes.\n", keg->uk_name,
828             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
829 #endif
830         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
831 }
832
833 /*
834  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
835  * the pageout daemon.
836  *
837  * Returns nothing.
838  */
839 static void
840 keg_drain(uma_keg_t keg)
841 {
842         struct slabhead freeslabs = { 0 };
843         uma_slab_t slab;
844         uma_slab_t n;
845
846         /*
847          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
848          * time
849          */
850         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
851                 return;
852
853 #ifdef UMA_DEBUG
854         printf("%s free items: %u\n", keg->uk_name, keg->uk_free);
855 #endif
856         KEG_LOCK(keg);
857         if (keg->uk_free == 0)
858                 goto finished;
859
860         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
861         while (slab) {
862                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
863
864                 /* We have no where to free these to */
865                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
866                         slab = n;
867                         continue;
868                 }
869
870                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
871                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
872                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
873
874                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
875                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
876
877                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
878
879                 slab = n;
880         }
881 finished:
882         KEG_UNLOCK(keg);
883
884         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
885                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
886                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
887         }
888 }
889
890 static void
891 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
892 {
893
894         /*
895          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
896          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
897          * is the only call that knows the structure will still be available
898          * when it wakes up.
899          */
900         ZONE_LOCK(zone);
901         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
902                 if (waitok == M_NOWAIT)
903                         goto out;
904                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
905         }
906         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
907         bucket_cache_drain(zone);
908         ZONE_UNLOCK(zone);
909         /*
910          * The DRAINING flag protects us from being freed while
911          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
912          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
913          */
914         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
915         ZONE_LOCK(zone);
916         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
917         wakeup(zone);
918 out:
919         ZONE_UNLOCK(zone);
920 }
921
922 void
923 zone_drain(uma_zone_t zone)
924 {
925
926         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
927 }
928
929 /*
930  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
931  *
932  * Arguments:
933  *      wait  Shall we wait?
934  *
935  * Returns:
936  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
937  *      caller specified M_NOWAIT.
938  */
939 static uma_slab_t
940 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
941 {
942         uma_slabrefcnt_t slabref;
943         uma_alloc allocf;
944         uma_slab_t slab;
945         uint8_t *mem;
946         uint8_t flags;
947         int i;
948
949         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
950         slab = NULL;
951         mem = NULL;
952
953 #ifdef UMA_DEBUG
954         printf("alloc_slab:  Allocating a new slab for %s\n", keg->uk_name);
955 #endif
956         allocf = keg->uk_allocf;
957         KEG_UNLOCK(keg);
958
959         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
960                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
961                 if (slab == NULL)
962                         goto out;
963         }
964
965         /*
966          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
967          * first time they are added to a zone.
968          *
969          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
970          */
971
972         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
973                 wait |= M_ZERO;
974         else
975                 wait &= ~M_ZERO;
976
977         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
978                 wait |= M_NODUMP;
979
980         /* zone is passed for legacy reasons. */
981         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
982         if (mem == NULL) {
983                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
984                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
985                 slab = NULL;
986                 goto out;
987         }
988
989         /* Point the slab into the allocated memory */
990         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
991                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
992
993         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
994                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
995                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
996
997         slab->us_keg = keg;
998         slab->us_data = mem;
999         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1000         slab->us_flags = flags;
1001         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1002 #ifdef INVARIANTS
1003         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1004 #endif
1005         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1006                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
1007                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1008                         slabref->us_refcnt[i] = 0;
1009         }
1010
1011         if (keg->uk_init != NULL) {
1012                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1013                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1014                             keg->uk_size, wait) != 0)
1015                                 break;
1016                 if (i != keg->uk_ipers) {
1017                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1018                         slab = NULL;
1019                         goto out;
1020                 }
1021         }
1022 out:
1023         KEG_LOCK(keg);
1024
1025         if (slab != NULL) {
1026                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1027                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1028
1029                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1030                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1031         }
1032
1033         return (slab);
1034 }
1035
1036 /*
1037  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1038  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1039  * the VM is ready.
1040  */
1041 static void *
1042 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1043 {
1044         uma_keg_t keg;
1045         uma_slab_t tmps;
1046         int pages, check_pages;
1047
1048         keg = zone_first_keg(zone);
1049         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1050         check_pages = pages - 1;
1051         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1052
1053         /*
1054          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1055          */
1056         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1057
1058         /* First check if we have enough room. */
1059         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1060         while (tmps != NULL && check_pages-- > 0)
1061                 tmps = LIST_NEXT(tmps, us_link);
1062         if (tmps != NULL) {
1063                 /*
1064                  * It's ok to lose tmps references.  The last one will
1065                  * have tmps->us_data pointing to the start address of
1066                  * "pages" contiguous pages of memory.
1067                  */
1068                 while (pages-- > 0) {
1069                         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1070                         LIST_REMOVE(tmps, us_link);
1071                 }
1072                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1073                 *pflag = tmps->us_flags;
1074                 return (tmps->us_data);
1075         }
1076         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1077         if (booted < UMA_STARTUP2)
1078                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1079         /*
1080          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1081          */
1082 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1083         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1084 #else
1085         keg->uk_allocf = page_alloc;
1086 #endif
1087         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1088 }
1089
1090 /*
1091  * Allocates a number of pages from the system
1092  *
1093  * Arguments:
1094  *      bytes  The number of bytes requested
1095  *      wait  Shall we wait?
1096  *
1097  * Returns:
1098  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1099  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1100  */
1101 static void *
1102 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1103 {
1104         void *p;        /* Returned page */
1105
1106         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1107         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1108
1109         return (p);
1110 }
1111
1112 /*
1113  * Allocates a number of pages from within an object
1114  *
1115  * Arguments:
1116  *      bytes  The number of bytes requested
1117  *      wait   Shall we wait?
1118  *
1119  * Returns:
1120  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1121  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1122  */
1123 static void *
1124 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1125 {
1126         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1127         u_long npages;
1128         vm_offset_t retkva, zkva;
1129         vm_page_t p, p_next;
1130         uma_keg_t keg;
1131
1132         TAILQ_INIT(&alloctail);
1133         keg = zone_first_keg(zone);
1134
1135         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1136         while (npages > 0) {
1137                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1138                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ);
1139                 if (p != NULL) {
1140                         /*
1141                          * Since the page does not belong to an object, its
1142                          * listq is unused.
1143                          */
1144                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1145                         npages--;
1146                         continue;
1147                 }
1148                 if (wait & M_WAITOK) {
1149                         VM_WAIT;
1150                         continue;
1151                 }
1152
1153                 /*
1154                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1155                  * exit.
1156                  */
1157                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1158                         vm_page_unwire(p, 0);
1159                         vm_page_free(p); 
1160                 }
1161                 return (NULL);
1162         }
1163         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1164         zkva = keg->uk_kva +
1165             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1166         retkva = zkva;
1167         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1168                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1169                 zkva += PAGE_SIZE;
1170         }
1171
1172         return ((void *)retkva);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Frees a number of pages to the system
1177  *
1178  * Arguments:
1179  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1180  *      size  The size of the memory being freed
1181  *      flags The original p->us_flags field
1182  *
1183  * Returns:
1184  *      Nothing
1185  */
1186 static void
1187 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1188 {
1189         struct vmem *vmem;
1190
1191         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1192                 vmem = kmem_arena;
1193         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1194                 vmem = kernel_arena;
1195         else
1196                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d", flags);
1197
1198         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1199 }
1200
1201 /*
1202  * Zero fill initializer
1203  *
1204  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1205  */
1206 static int
1207 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1208 {
1209         bzero(mem, size);
1210         return (0);
1211 }
1212
1213 /*
1214  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1215  *
1216  * Arguments
1217  *      keg  The zone we should initialize
1218  *
1219  * Returns
1220  *      Nothing
1221  */
1222 static void
1223 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1224 {
1225         u_int rsize;
1226         u_int memused;
1227         u_int wastedspace;
1228         u_int shsize;
1229
1230         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1231                 u_int ncpus = mp_ncpus ? mp_ncpus : MAXCPU;
1232
1233                 keg->uk_slabsize = sizeof(struct pcpu);
1234                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1235                     PAGE_SIZE);
1236         } else {
1237                 keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1238                 keg->uk_ppera = 1;
1239         }
1240
1241         /*
1242          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1243          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1244          * allocation bits for we round it up.
1245          */
1246         rsize = keg->uk_size;
1247         if (rsize < keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE)
1248                 rsize = keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE;
1249         if (rsize & keg->uk_align)
1250                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1251         keg->uk_rsize = rsize;
1252
1253         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1254             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1255             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1256
1257         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1258                 rsize += sizeof(uint32_t);
1259
1260         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1261                 shsize = 0;
1262         else 
1263                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1264
1265         keg->uk_ipers = (keg->uk_slabsize - shsize) / rsize;
1266         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1267             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1268
1269         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1270         wastedspace = keg->uk_slabsize - memused;
1271
1272         /*
1273          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1274          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1275          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1276          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1277          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1278          */
1279         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1280             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1281                 return;
1282
1283         /*
1284          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1285          * this if it permits more items per-slab.
1286          *
1287          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1288          * Historically this was not done because the VM could not
1289          * efficiently handle contiguous allocations.
1290          */
1291         if ((wastedspace >= keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1292             (keg->uk_ipers < (keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize))) {
1293                 keg->uk_ipers = keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize;
1294                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1295                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1296 #ifdef UMA_DEBUG
1297                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1298                     "keg: %s, calculated wastedspace = %d, "
1299                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1300                     "calculated ipers = %d, "
1301                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, wastedspace,
1302                     keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1303                     keg->uk_slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1304 #endif
1305                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1306         }
1307
1308         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1309             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1310                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1311 }
1312
1313 /*
1314  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1315  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1316  * more complicated.
1317  *
1318  * Arguments
1319  *      keg  The keg we should initialize
1320  *
1321  * Returns
1322  *      Nothing
1323  */
1324 static void
1325 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1326 {
1327         u_int shsize;
1328
1329         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1330         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1331             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1332         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1333             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1334
1335         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1336         keg->uk_slabsize = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1337         keg->uk_ipers = 1;
1338         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1339
1340         /* We can't do OFFPAGE if we're internal, bail out here. */
1341         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1342                 return;
1343
1344         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1345         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1346                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1347                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1348                         shsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1349                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1350                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1351                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1352
1353                 if ((PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - keg->uk_rsize < shsize)
1354                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1355         }
1356
1357         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1358             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1359                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1360 }
1361
1362 static void
1363 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1364 {
1365         int alignsize;
1366         int trailer;
1367         int pages;
1368         int rsize;
1369
1370         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1371             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1372
1373         alignsize = keg->uk_align + 1;
1374         rsize = keg->uk_size;
1375         /*
1376          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1377          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1378          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1379          * would fall on the same boundary every time.
1380          */
1381         if (rsize & keg->uk_align)
1382                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1383         if ((rsize & alignsize) == 0)
1384                 rsize += alignsize;
1385         trailer = rsize - keg->uk_size;
1386         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1387         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1388         keg->uk_rsize = rsize;
1389         keg->uk_ppera = pages;
1390         keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1391         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1392         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1393         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1394             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1395             keg->uk_ipers));
1396 }
1397
1398 /*
1399  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1400  * the keg onto the global keg list.
1401  *
1402  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1403  *      udata  Actually uma_kctor_args
1404  */
1405 static int
1406 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1407 {
1408         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1409         uma_keg_t keg = mem;
1410         uma_zone_t zone;
1411
1412         bzero(keg, size);
1413         keg->uk_size = arg->size;
1414         keg->uk_init = arg->uminit;
1415         keg->uk_fini = arg->fini;
1416         keg->uk_align = arg->align;
1417         keg->uk_free = 0;
1418         keg->uk_reserve = 0;
1419         keg->uk_pages = 0;
1420         keg->uk_flags = arg->flags;
1421         keg->uk_allocf = page_alloc;
1422         keg->uk_freef = page_free;
1423         keg->uk_slabzone = NULL;
1424
1425         /*
1426          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1427          */
1428         zone = arg->zone;
1429         keg->uk_name = zone->uz_name;
1430
1431         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1432                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1433
1434         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1435                 keg->uk_init = zero_init;
1436
1437         if (arg->flags & UMA_ZONE_REFCNT || arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1438                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1439
1440         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1441 #ifdef SMP
1442                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1443 #else
1444                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1445 #endif
1446
1447         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1448                 keg_cachespread_init(keg);
1449         } else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1450                 if (keg->uk_size >
1451                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt) -
1452                     sizeof(uint32_t)))
1453                         keg_large_init(keg);
1454                 else
1455                         keg_small_init(keg);
1456         } else {
1457                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1458                         keg_large_init(keg);
1459                 else
1460                         keg_small_init(keg);
1461         }
1462
1463         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1464                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1465                         if (keg->uk_ipers > uma_max_ipers_ref)
1466                                 panic("Too many ref items per zone: %d > %d\n",
1467                                     keg->uk_ipers, uma_max_ipers_ref);
1468                         keg->uk_slabzone = slabrefzone;
1469                 } else
1470                         keg->uk_slabzone = slabzone;
1471         }
1472
1473         /*
1474          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1475          * startup cache until the vm is ready.
1476          */
1477         if (keg->uk_ppera == 1) {
1478 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1479                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1480                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1481
1482                 if (booted < UMA_STARTUP)
1483                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1484 #else
1485                 if (booted < UMA_STARTUP2)
1486                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1487 #endif
1488         } else if (booted < UMA_STARTUP2 &&
1489             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1490                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1491
1492         /*
1493          * Initialize keg's lock
1494          */
1495         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1496
1497         /*
1498          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1499          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1500          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1501          */
1502         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1503                 u_int totsize;
1504
1505                 /* Size of the slab struct and free list */
1506                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1507
1508                 /* Size of the reference counts. */
1509                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1510                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1511
1512                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1513                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1514                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1515                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1516
1517                 /*
1518                  * The only way the following is possible is if with our
1519                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1520                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1521                  * mathematically possible for all cases, so we make
1522                  * sure here anyway.
1523                  */
1524                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1525                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1526                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1527                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1528                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1529                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1530                             keg->uk_size);
1531                         panic("UMA slab won't fit.");
1532                 }
1533         }
1534
1535         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1536                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1537
1538 #ifdef UMA_DEBUG
1539         printf("UMA: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
1540             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
1541             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
1542             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
1543 #endif
1544
1545         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1546
1547         rw_wlock(&uma_rwlock);
1548         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1549         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1550         return (0);
1551 }
1552
1553 /*
1554  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1555  *
1556  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1557  *      udata  Actually uma_zctor_args
1558  */
1559 static int
1560 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1561 {
1562         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1563         uma_zone_t zone = mem;
1564         uma_zone_t z;
1565         uma_keg_t keg;
1566
1567         bzero(zone, size);
1568         zone->uz_name = arg->name;
1569         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1570         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1571         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1572         zone->uz_init = NULL;
1573         zone->uz_fini = NULL;
1574         zone->uz_allocs = 0;
1575         zone->uz_frees = 0;
1576         zone->uz_fails = 0;
1577         zone->uz_sleeps = 0;
1578         zone->uz_count = 0;
1579         zone->uz_count_min = 0;
1580         zone->uz_flags = 0;
1581         zone->uz_warning = NULL;
1582         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1583         keg = arg->keg;
1584
1585         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1586
1587         /*
1588          * This is a pure cache zone, no kegs.
1589          */
1590         if (arg->import) {
1591                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1592                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1593                 zone->uz_flags = arg->flags;
1594                 zone->uz_size = arg->size;
1595                 zone->uz_import = arg->import;
1596                 zone->uz_release = arg->release;
1597                 zone->uz_arg = arg->arg;
1598                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1599                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1600                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1601                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1602                 goto out;
1603         }
1604
1605         /*
1606          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1607          */
1608         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1609         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1610         zone->uz_arg = zone; 
1611
1612         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1613                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1614                 zone->uz_init = arg->uminit;
1615                 zone->uz_fini = arg->fini;
1616                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1617                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1618                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1619                 ZONE_LOCK(zone);
1620                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1621                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1622                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1623                                 break;
1624                         }
1625                 }
1626                 ZONE_UNLOCK(zone);
1627                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1628         } else if (keg == NULL) {
1629                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1630                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1631                         return (ENOMEM);
1632         } else {
1633                 struct uma_kctor_args karg;
1634                 int error;
1635
1636                 /* We should only be here from uma_startup() */
1637                 karg.size = arg->size;
1638                 karg.uminit = arg->uminit;
1639                 karg.fini = arg->fini;
1640                 karg.align = arg->align;
1641                 karg.flags = arg->flags;
1642                 karg.zone = zone;
1643                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1644                     flags);
1645                 if (error)
1646                         return (error);
1647         }
1648
1649         /*
1650          * Link in the first keg.
1651          */
1652         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1653         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1654         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1655         zone->uz_size = keg->uk_size;
1656         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1657             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1658
1659         /*
1660          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1661          * caches.  If we're internal, bail out here.
1662          */
1663         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1664                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1665                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1666                 return (0);
1667         }
1668
1669 out:
1670         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) == 0)
1671                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1672         else
1673                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1674         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1675
1676         return (0);
1677 }
1678
1679 /*
1680  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1681  * table and removes the keg from the global list.
1682  *
1683  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1684  *      udata  unused
1685  */
1686 static void
1687 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1688 {
1689         uma_keg_t keg;
1690
1691         keg = (uma_keg_t)arg;
1692         KEG_LOCK(keg);
1693         if (keg->uk_free != 0) {
1694                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1695                     " Lost %d pages of memory.\n",
1696                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1697                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1698         }
1699         KEG_UNLOCK(keg);
1700
1701         hash_free(&keg->uk_hash);
1702
1703         KEG_LOCK_FINI(keg);
1704 }
1705
1706 /*
1707  * Zone header dtor.
1708  *
1709  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1710  *      udata  unused
1711  */
1712 static void
1713 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1714 {
1715         uma_klink_t klink;
1716         uma_zone_t zone;
1717         uma_keg_t keg;
1718
1719         zone = (uma_zone_t)arg;
1720         keg = zone_first_keg(zone);
1721
1722         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1723                 cache_drain(zone);
1724
1725         rw_wlock(&uma_rwlock);
1726         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1727         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1728         /*
1729          * XXX there are some races here where
1730          * the zone can be drained but zone lock
1731          * released and then refilled before we
1732          * remove it... we dont care for now
1733          */
1734         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1735         /*
1736          * Unlink all of our kegs.
1737          */
1738         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1739                 klink->kl_keg = NULL;
1740                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1741                 if (klink == &zone->uz_klink)
1742                         continue;
1743                 free(klink, M_TEMP);
1744         }
1745         /*
1746          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1747          */
1748         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1749                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1750                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1751                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1752                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1753         }
1754         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1755 }
1756
1757 /*
1758  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1759  *
1760  * Arguments:
1761  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1762  *              as an argument.
1763  *
1764  * Returns:
1765  *      Nothing
1766  */
1767 static void
1768 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1769 {
1770         uma_keg_t keg;
1771         uma_zone_t zone;
1772
1773         rw_rlock(&uma_rwlock);
1774         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1775                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1776                         zfunc(zone);
1777         }
1778         rw_runlock(&uma_rwlock);
1779 }
1780
1781 /* Public functions */
1782 /* See uma.h */
1783 void
1784 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1785 {
1786         struct uma_zctor_args args;
1787         uma_slab_t slab;
1788         u_int slabsize;
1789         int i;
1790
1791 #ifdef UMA_DEBUG
1792         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1793 #endif
1794         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1795
1796         /* "manually" create the initial zone */
1797         memset(&args, 0, sizeof(args));
1798         args.name = "UMA Kegs";
1799         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1800         args.ctor = keg_ctor;
1801         args.dtor = keg_dtor;
1802         args.uminit = zero_init;
1803         args.fini = NULL;
1804         args.keg = &masterkeg;
1805         args.align = 32 - 1;
1806         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1807         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1808         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1809
1810 #ifdef UMA_DEBUG
1811         printf("Filling boot free list.\n");
1812 #endif
1813         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1814                 slab = (uma_slab_t)((uint8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1815                 slab->us_data = (uint8_t *)slab;
1816                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1817                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1818         }
1819         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1820
1821 #ifdef UMA_DEBUG
1822         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1823 #endif
1824         args.name = "UMA Zones";
1825         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1826             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1827         args.ctor = zone_ctor;
1828         args.dtor = zone_dtor;
1829         args.uminit = zero_init;
1830         args.fini = NULL;
1831         args.keg = NULL;
1832         args.align = 32 - 1;
1833         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1834         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1835         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1836
1837 #ifdef UMA_DEBUG
1838         printf("Initializing pcpu cache locks.\n");
1839 #endif
1840 #ifdef UMA_DEBUG
1841         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1842 #endif
1843
1844         /* Now make a zone for slab headers */
1845         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1846                                 sizeof(struct uma_slab),
1847                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1848                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1849
1850         /*
1851          * We also create a zone for the bigger slabs with reference
1852          * counts in them, to accomodate UMA_ZONE_REFCNT zones.
1853          */
1854         slabsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1855         slabsize += uma_max_ipers_ref * sizeof(uint32_t);
1856         slabrefzone = uma_zcreate("UMA RCntSlabs",
1857                                   slabsize,
1858                                   NULL, NULL, NULL, NULL,
1859                                   UMA_ALIGN_PTR,
1860                                   UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1861
1862         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1863             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1864             NULL, NULL, NULL, NULL,
1865             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1866
1867         bucket_init();
1868
1869         booted = UMA_STARTUP;
1870
1871 #ifdef UMA_DEBUG
1872         printf("UMA startup complete.\n");
1873 #endif
1874 }
1875
1876 /* see uma.h */
1877 void
1878 uma_startup2(void)
1879 {
1880         booted = UMA_STARTUP2;
1881         bucket_enable();
1882         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
1883 #ifdef UMA_DEBUG
1884         printf("UMA startup2 complete.\n");
1885 #endif
1886 }
1887
1888 /*
1889  * Initialize our callout handle
1890  *
1891  */
1892
1893 static void
1894 uma_startup3(void)
1895 {
1896 #ifdef UMA_DEBUG
1897         printf("Starting callout.\n");
1898 #endif
1899         callout_init(&uma_callout, CALLOUT_MPSAFE);
1900         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1901 #ifdef UMA_DEBUG
1902         printf("UMA startup3 complete.\n");
1903 #endif
1904 }
1905
1906 static uma_keg_t
1907 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1908                 int align, uint32_t flags)
1909 {
1910         struct uma_kctor_args args;
1911
1912         args.size = size;
1913         args.uminit = uminit;
1914         args.fini = fini;
1915         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1916         args.flags = flags;
1917         args.zone = zone;
1918         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1919 }
1920
1921 /* See uma.h */
1922 void
1923 uma_set_align(int align)
1924 {
1925
1926         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1927                 uma_align_cache = align;
1928 }
1929
1930 /* See uma.h */
1931 uma_zone_t
1932 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1933                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1934
1935 {
1936         struct uma_zctor_args args;
1937         uma_zone_t res;
1938         bool locked;
1939
1940         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1941         memset(&args, 0, sizeof(args));
1942         args.name = name;
1943         args.size = size;
1944         args.ctor = ctor;
1945         args.dtor = dtor;
1946         args.uminit = uminit;
1947         args.fini = fini;
1948         args.align = align;
1949         args.flags = flags;
1950         args.keg = NULL;
1951
1952         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1953                 locked = false;
1954         } else {
1955                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1956                 locked = true;
1957         }
1958         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1959         if (locked)
1960                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1961         return (res);
1962 }
1963
1964 /* See uma.h */
1965 uma_zone_t
1966 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1967                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1968 {
1969         struct uma_zctor_args args;
1970         uma_keg_t keg;
1971         uma_zone_t res;
1972         bool locked;
1973
1974         keg = zone_first_keg(master);
1975         memset(&args, 0, sizeof(args));
1976         args.name = name;
1977         args.size = keg->uk_size;
1978         args.ctor = ctor;
1979         args.dtor = dtor;
1980         args.uminit = zinit;
1981         args.fini = zfini;
1982         args.align = keg->uk_align;
1983         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1984         args.keg = keg;
1985
1986         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1987                 locked = false;
1988         } else {
1989                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1990                 locked = true;
1991         }
1992         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1993         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1994         if (locked)
1995                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1996         return (res);
1997 }
1998
1999 /* See uma.h */
2000 uma_zone_t
2001 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2002                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2003                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2004 {
2005         struct uma_zctor_args args;
2006
2007         memset(&args, 0, sizeof(args));
2008         args.name = name;
2009         args.size = size;
2010         args.ctor = ctor;
2011         args.dtor = dtor;
2012         args.uminit = zinit;
2013         args.fini = zfini;
2014         args.import = zimport;
2015         args.release = zrelease;
2016         args.arg = arg;
2017         args.align = 0;
2018         args.flags = flags;
2019
2020         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
2021 }
2022
2023 static void
2024 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2025 {
2026         if (a < b) {
2027                 ZONE_LOCK(a);
2028                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2029         } else {
2030                 ZONE_LOCK(b);
2031                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2032         }
2033 }
2034
2035 static void
2036 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2037 {
2038
2039         ZONE_UNLOCK(a);
2040         ZONE_UNLOCK(b);
2041 }
2042
2043 int
2044 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2045 {
2046         uma_klink_t klink;
2047         uma_klink_t kl;
2048         int error;
2049
2050         error = 0;
2051         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2052
2053         zone_lock_pair(zone, master);
2054         /*
2055          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2056          * a secondary.
2057          */
2058         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2059             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2060                 error = EINVAL;
2061                 goto out;
2062         }
2063         /*
2064          * The new master must also use vtoslab().
2065          */
2066         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2067                 error = EINVAL;
2068                 goto out;
2069         }
2070         /*
2071          * Both must either be refcnt, or not be refcnt.
2072          */
2073         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT) !=
2074             (master->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
2075                 error = EINVAL;
2076                 goto out;
2077         }
2078         /*
2079          * The underlying object must be the same size.  rsize
2080          * may be different.
2081          */
2082         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2083                 error = E2BIG;
2084                 goto out;
2085         }
2086         /*
2087          * Put it at the end of the list.
2088          */
2089         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2090         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2091                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2092                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2093                         break;
2094                 }
2095         }
2096         klink = NULL;
2097         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2098         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2099
2100 out:
2101         zone_unlock_pair(zone, master);
2102         if (klink != NULL)
2103                 free(klink, M_TEMP);
2104
2105         return (error);
2106 }
2107
2108
2109 /* See uma.h */
2110 void
2111 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2112 {
2113
2114         sx_slock(&uma_drain_lock);
2115         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2116         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2117 }
2118
2119 /* See uma.h */
2120 void *
2121 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2122 {
2123         void *item;
2124         uma_cache_t cache;
2125         uma_bucket_t bucket;
2126         int lockfail;
2127         int cpu;
2128
2129         /* This is the fast path allocation */
2130 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2131         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2132 #endif
2133         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
2134             zone->uz_name, flags);
2135
2136         if (flags & M_WAITOK) {
2137                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2138                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2139         }
2140 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2141         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2142                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2143                 if (item != NULL) {
2144                         /*
2145                          * Avoid conflict with the use-after-free
2146                          * protecting infrastructure from INVARIANTS.
2147                          */
2148                         if (zone->uz_init != NULL &&
2149                             zone->uz_init != mtrash_init &&
2150                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2151                                 return (NULL);
2152                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2153                             zone->uz_ctor != mtrash_ctor &&
2154                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2155                             flags) != 0) {
2156                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2157                                 return (NULL);
2158                         }
2159                         return (item);
2160                 }
2161                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2162         }
2163 #endif
2164         /*
2165          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2166          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2167          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2168          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2169          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2170          * preemption and migration.  We release the critical section in
2171          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2172          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2173          * must detect and handle migration if it has occurred.
2174          */
2175         critical_enter();
2176         cpu = curcpu;
2177         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2178
2179 zalloc_start:
2180         bucket = cache->uc_allocbucket;
2181         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2182                 bucket->ub_cnt--;
2183                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2184 #ifdef INVARIANTS
2185                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2186 #endif
2187                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2188                 cache->uc_allocs++;
2189                 critical_exit();
2190                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2191                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2192                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2193                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2194                         return (NULL);
2195                 }
2196 #ifdef INVARIANTS
2197                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2198 #endif
2199                 if (flags & M_ZERO)
2200                         uma_zero_item(item, zone);
2201                 return (item);
2202         }
2203
2204         /*
2205          * We have run out of items in our alloc bucket.
2206          * See if we can switch with our free bucket.
2207          */
2208         bucket = cache->uc_freebucket;
2209         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2210 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2211                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with alloc.\n");
2212 #endif
2213                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2214                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2215                 goto zalloc_start;
2216         }
2217
2218         /*
2219          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2220          */
2221         bucket = cache->uc_allocbucket;
2222         cache->uc_allocbucket = NULL;
2223         critical_exit();
2224         if (bucket != NULL)
2225                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2226
2227         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2228         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2229                 goto zalloc_item;
2230
2231         /*
2232          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2233          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2234          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2235          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2236          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2237          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2238          * the critical section.
2239          */
2240         lockfail = 0;
2241         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2242                 /* Record contention to size the buckets. */
2243                 ZONE_LOCK(zone);
2244                 lockfail = 1;
2245         }
2246         critical_enter();
2247         cpu = curcpu;
2248         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2249
2250         /*
2251          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2252          */
2253         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2254         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2255         cache->uc_allocs = 0;
2256         cache->uc_frees = 0;
2257
2258         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2259         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2260                 ZONE_UNLOCK(zone);
2261                 goto zalloc_start;
2262         }
2263
2264         /*
2265          * Check the zone's cache of buckets.
2266          */
2267         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2268                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2269                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2270
2271                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2272                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2273                 ZONE_UNLOCK(zone);
2274                 goto zalloc_start;
2275         }
2276         /* We are no longer associated with this CPU. */
2277         critical_exit();
2278
2279         /*
2280          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2281          * handle the working set.
2282          */
2283         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2284                 zone->uz_count++;
2285         ZONE_UNLOCK(zone);
2286
2287         /*
2288          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2289          * works we'll restart the allocation from the begining and it
2290          * will use the just filled bucket.
2291          */
2292         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2293         if (bucket != NULL) {
2294                 ZONE_LOCK(zone);
2295                 critical_enter();
2296                 cpu = curcpu;
2297                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2298                 /*
2299                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2300                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2301                  * the memory directly.
2302                  */
2303                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2304                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2305                 else
2306                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2307                 ZONE_UNLOCK(zone);
2308                 goto zalloc_start;
2309         }
2310
2311         /*
2312          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2313          */
2314 #ifdef UMA_DEBUG
2315         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
2316 #endif
2317
2318 zalloc_item:
2319         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2320
2321         return (item);
2322 }
2323
2324 static uma_slab_t
2325 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2326 {
2327         uma_slab_t slab;
2328         int reserve;
2329
2330         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2331         slab = NULL;
2332         reserve = 0;
2333         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2334                 reserve = keg->uk_reserve;
2335
2336         for (;;) {
2337                 /*
2338                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2339                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2340                  * fragmentation.
2341                  */
2342                 if (keg->uk_free > reserve) {
2343                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2344                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2345                         } else {
2346                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2347                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2348                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2349                                     us_link);
2350                         }
2351                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2352                         return (slab);
2353                 }
2354
2355                 /*
2356                  * M_NOVM means don't ask at all!
2357                  */
2358                 if (flags & M_NOVM)
2359                         break;
2360
2361                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2362                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2363                         /*
2364                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2365                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2366                          */
2367                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2368                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2369                                 zone_log_warning(zone);
2370                         }
2371                         if (flags & M_NOWAIT)
2372                                 break;
2373                         zone->uz_sleeps++;
2374                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2375                         continue;
2376                 }
2377                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2378                 /*
2379                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2380                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2381                  * at least one item.
2382                  */
2383                 if (slab) {
2384                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2385                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2386                         return (slab);
2387                 }
2388                 /*
2389                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2390                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2391                  * fail.
2392                  */
2393                 flags |= M_NOVM;
2394         }
2395         return (slab);
2396 }
2397
2398 static uma_slab_t
2399 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2400 {
2401         uma_slab_t slab;
2402
2403         if (keg == NULL) {
2404                 keg = zone_first_keg(zone);
2405                 KEG_LOCK(keg);
2406         }
2407
2408         for (;;) {
2409                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2410                 if (slab)
2411                         return (slab);
2412                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2413                         break;
2414         }
2415         KEG_UNLOCK(keg);
2416         return (NULL);
2417 }
2418
2419 /*
2420  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2421  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2422  *
2423  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2424  */
2425 static uma_slab_t
2426 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2427 {
2428         uma_klink_t klink;
2429         uma_slab_t slab;
2430         uma_keg_t keg;
2431         int flags;
2432         int empty;
2433         int full;
2434
2435         /*
2436          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2437          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2438          * without blocking.
2439          */
2440         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2441         /*
2442          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2443          * the search.
2444          */
2445         if (last != NULL) {
2446                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2447                 if (slab)
2448                         return (slab);
2449                 KEG_UNLOCK(last);
2450         }
2451         /*
2452          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2453          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2454          * required but we've done it for so long now.
2455          */
2456         for (;;) {
2457                 empty = 0;
2458                 full = 0;
2459                 /*
2460                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2461                  * correct lock while calling into the keg layer.
2462                  */
2463                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2464                         keg = klink->kl_keg;
2465                         KEG_LOCK(keg);
2466                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2467                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2468                                 if (slab)
2469                                         return (slab);
2470                         }
2471                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2472                                 full++;
2473                         else
2474                                 empty++;
2475                         KEG_UNLOCK(keg);
2476                 }
2477                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2478                         break;
2479                 flags = rflags;
2480                 /*
2481                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2482                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2483                  */
2484                 if (full && !empty) {
2485                         ZONE_LOCK(zone);
2486                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2487                         zone->uz_sleeps++;
2488                         zone_log_warning(zone);
2489                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2490                             "zonelimit", hz/100);
2491                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2492                         ZONE_UNLOCK(zone);
2493                         continue;
2494                 }
2495         }
2496         return (NULL);
2497 }
2498
2499 static void *
2500 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2501 {
2502         void *item;
2503         uint8_t freei;
2504
2505         MPASS(keg == slab->us_keg);
2506         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2507
2508         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2509         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2510         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2511         slab->us_freecount--;
2512         keg->uk_free--;
2513
2514         /* Move this slab to the full list */
2515         if (slab->us_freecount == 0) {
2516                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2517                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2518         }
2519
2520         return (item);
2521 }
2522
2523 static int
2524 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2525 {
2526         uma_slab_t slab;
2527         uma_keg_t keg;
2528         int i;
2529
2530         slab = NULL;
2531         keg = NULL;
2532         /* Try to keep the buckets totally full */
2533         for (i = 0; i < max; ) {
2534                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2535                         break;
2536                 keg = slab->us_keg;
2537                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2538                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2539                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2540                                 break;
2541                 }
2542                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2543                 flags &= ~M_WAITOK;
2544                 flags |= M_NOWAIT;
2545         }
2546         if (slab != NULL)
2547                 KEG_UNLOCK(keg);
2548
2549         return i;
2550 }
2551
2552 static uma_bucket_t
2553 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2554 {
2555         uma_bucket_t bucket;
2556         int max;
2557
2558         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2559         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2560         if (bucket == NULL)
2561                 return (NULL);
2562
2563         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2564         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2565             max, flags);
2566
2567         /*
2568          * Initialize the memory if necessary.
2569          */
2570         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2571                 int i;
2572
2573                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2574                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2575                             flags) != 0)
2576                                 break;
2577                 /*
2578                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2579                  * rest back onto the freelist.
2580                  */
2581                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2582                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2583                             bucket->ub_cnt - i);
2584 #ifdef INVARIANTS
2585                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2586                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2587 #endif
2588                         bucket->ub_cnt = i;
2589                 }
2590         }
2591
2592         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2593                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2594                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2595                 return (NULL);
2596         }
2597
2598         return (bucket);
2599 }
2600
2601 /*
2602  * Allocates a single item from a zone.
2603  *
2604  * Arguments
2605  *      zone   The zone to alloc for.
2606  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2607  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2608  *
2609  * Returns
2610  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2611  *      An item if successful
2612  */
2613
2614 static void *
2615 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2616 {
2617         void *item;
2618
2619         item = NULL;
2620
2621 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2622         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2623 #endif
2624         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2625                 goto fail;
2626         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2627
2628         /*
2629          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2630          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2631          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2632          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2633          */
2634         if (zone->uz_init != NULL) {
2635                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2636                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2637                         goto fail;
2638                 }
2639         }
2640         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2641                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2642                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2643                         goto fail;
2644                 }
2645         }
2646 #ifdef INVARIANTS
2647         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2648 #endif
2649         if (flags & M_ZERO)
2650                 uma_zero_item(item, zone);
2651
2652         return (item);
2653
2654 fail:
2655         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2656         return (NULL);
2657 }
2658
2659 /* See uma.h */
2660 void
2661 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2662 {
2663         uma_cache_t cache;
2664         uma_bucket_t bucket;
2665         int lockfail;
2666         int cpu;
2667
2668 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2669         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2670 #endif
2671         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2672             zone->uz_name);
2673
2674         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2675         if (item == NULL)
2676                 return;
2677 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2678         if (is_memguard_addr(item)) {
2679                 if (zone->uz_dtor != NULL && zone->uz_dtor != mtrash_dtor)
2680                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2681                 if (zone->uz_fini != NULL && zone->uz_fini != mtrash_fini)
2682                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2683                 memguard_free(item);
2684                 return;
2685         }
2686 #endif
2687 #ifdef INVARIANTS
2688         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2689                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2690         else
2691                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2692 #endif
2693         if (zone->uz_dtor != NULL)
2694                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2695
2696         /*
2697          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2698          * a little longer for the limits to be reset.
2699          */
2700         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2701                 goto zfree_item;
2702
2703         /*
2704          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2705          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2706          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2707          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2708          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2709          * preemption and migration.  We release the critical section in
2710          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2711          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2712          * detect and handle migration if it has occurred.
2713          */
2714 zfree_restart:
2715         critical_enter();
2716         cpu = curcpu;
2717         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2718
2719 zfree_start:
2720         /*
2721          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2722          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2723          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2724          */
2725         bucket = cache->uc_allocbucket;
2726         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2727                 bucket = cache->uc_freebucket;
2728         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2729                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2730                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2731                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2732                 bucket->ub_cnt++;
2733                 cache->uc_frees++;
2734                 critical_exit();
2735                 return;
2736         }
2737
2738         /*
2739          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2740          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2741          * section.  Since the critical section is released, we may be
2742          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2743          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2744          * the critical section.
2745          */
2746         critical_exit();
2747         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2748                 goto zfree_item;
2749
2750         lockfail = 0;
2751         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2752                 /* Record contention to size the buckets. */
2753                 ZONE_LOCK(zone);
2754                 lockfail = 1;
2755         }
2756         critical_enter();
2757         cpu = curcpu;
2758         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2759
2760         /*
2761          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2762          */
2763         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2764         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2765         cache->uc_allocs = 0;
2766         cache->uc_frees = 0;
2767
2768         bucket = cache->uc_freebucket;
2769         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2770                 ZONE_UNLOCK(zone);
2771                 goto zfree_start;
2772         }
2773         cache->uc_freebucket = NULL;
2774         /* We are no longer associated with this CPU. */
2775         critical_exit();
2776
2777         /* Can we throw this on the zone full list? */
2778         if (bucket != NULL) {
2779 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2780                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2781 #endif
2782                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2783                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2784                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2785                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2786         }
2787
2788         /*
2789          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2790          * handle the working set.
2791          */
2792         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2793                 zone->uz_count++;
2794         ZONE_UNLOCK(zone);
2795
2796 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2797         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2798 #endif
2799         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2800         if (bucket) {
2801                 critical_enter();
2802                 cpu = curcpu;
2803                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2804                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2805                         cache->uc_freebucket = bucket;
2806                         goto zfree_start;
2807                 }
2808                 /*
2809                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2810                  * critical section to free the bucket.
2811                  */
2812                 critical_exit();
2813                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2814                 goto zfree_restart;
2815         }
2816
2817         /*
2818          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2819          */
2820 zfree_item:
2821         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2822
2823         return;
2824 }
2825
2826 static void
2827 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2828 {
2829         uint8_t freei;
2830
2831         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2832         MPASS(keg == slab->us_keg);
2833
2834         /* Do we need to remove from any lists? */
2835         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2836                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2837                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2838         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2839                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2840                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2841         }
2842
2843         /* Slab management. */
2844         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2845         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2846         slab->us_freecount++;
2847
2848         /* Keg statistics. */
2849         keg->uk_free++;
2850 }
2851
2852 static void
2853 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2854 {
2855         void *item;
2856         uma_slab_t slab;
2857         uma_keg_t keg;
2858         uint8_t *mem;
2859         int clearfull;
2860         int i;
2861
2862         clearfull = 0;
2863         keg = zone_first_keg(zone);
2864         KEG_LOCK(keg);
2865         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2866                 item = bucket[i];
2867                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2868                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2869                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2870                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2871                         } else {
2872                                 mem += keg->uk_pgoff;
2873                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2874                         }
2875                 } else {
2876                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2877                         if (slab->us_keg != keg) {
2878                                 KEG_UNLOCK(keg);
2879                                 keg = slab->us_keg;
2880                                 KEG_LOCK(keg);
2881                         }
2882                 }
2883                 slab_free_item(keg, slab, item);
2884                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2885                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2886                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2887                                 clearfull = 1;
2888                         }
2889
2890                         /* 
2891                          * We can handle one more allocation. Since we're
2892                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2893                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2894                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2895                          * threads etc).
2896                          */
2897                         wakeup(keg);
2898                 }
2899         }
2900         KEG_UNLOCK(keg);
2901         if (clearfull) {
2902                 ZONE_LOCK(zone);
2903                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2904                 wakeup(zone);
2905                 ZONE_UNLOCK(zone);
2906         }
2907
2908 }
2909
2910 /*
2911  * Frees a single item to any zone.
2912  *
2913  * Arguments:
2914  *      zone   The zone to free to
2915  *      item   The item we're freeing
2916  *      udata  User supplied data for the dtor
2917  *      skip   Skip dtors and finis
2918  */
2919 static void
2920 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2921 {
2922
2923 #ifdef INVARIANTS
2924         if (skip == SKIP_NONE) {
2925                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2926                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2927                 else
2928                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2929         }
2930 #endif
2931         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2932                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2933
2934         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2935                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2936
2937         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2938         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2939 }
2940
2941 /* See uma.h */
2942 int
2943 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2944 {
2945         uma_keg_t keg;
2946
2947         keg = zone_first_keg(zone);
2948         if (keg == NULL)
2949                 return (0);
2950         KEG_LOCK(keg);
2951         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2952         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2953                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2954         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2955         KEG_UNLOCK(keg);
2956
2957         return (nitems);
2958 }
2959
2960 /* See uma.h */
2961 int
2962 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2963 {
2964         int nitems;
2965         uma_keg_t keg;
2966
2967         keg = zone_first_keg(zone);
2968         if (keg == NULL)
2969                 return (0);
2970         KEG_LOCK(keg);
2971         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2972         KEG_UNLOCK(keg);
2973
2974         return (nitems);
2975 }
2976
2977 /* See uma.h */
2978 void
2979 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2980 {
2981
2982         ZONE_LOCK(zone);
2983         zone->uz_warning = warning;
2984         ZONE_UNLOCK(zone);
2985 }
2986
2987 /* See uma.h */
2988 int
2989 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2990 {
2991         int64_t nitems;
2992         u_int i;
2993
2994         ZONE_LOCK(zone);
2995         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2996         CPU_FOREACH(i) {
2997                 /*
2998                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
2999                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3000                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3001                  */
3002                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3003                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3004         }
3005         ZONE_UNLOCK(zone);
3006
3007         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3008 }
3009
3010 /* See uma.h */
3011 void
3012 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3013 {
3014         uma_keg_t keg;
3015
3016         keg = zone_first_keg(zone);
3017         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3018         KEG_LOCK(keg);
3019         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3020             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3021         keg->uk_init = uminit;
3022         KEG_UNLOCK(keg);
3023 }
3024
3025 /* See uma.h */
3026 void
3027 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3028 {
3029         uma_keg_t keg;
3030
3031         keg = zone_first_keg(zone);
3032         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3033         KEG_LOCK(keg);
3034         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3035             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3036         keg->uk_fini = fini;
3037         KEG_UNLOCK(keg);
3038 }
3039
3040 /* See uma.h */
3041 void
3042 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3043 {
3044
3045         ZONE_LOCK(zone);
3046         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3047             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3048         zone->uz_init = zinit;
3049         ZONE_UNLOCK(zone);
3050 }
3051
3052 /* See uma.h */
3053 void
3054 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3055 {
3056
3057         ZONE_LOCK(zone);
3058         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3059             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3060         zone->uz_fini = zfini;
3061         ZONE_UNLOCK(zone);
3062 }
3063
3064 /* See uma.h */
3065 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3066 void
3067 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3068 {
3069         uma_keg_t keg;
3070
3071         keg = zone_first_keg(zone);
3072         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3073         KEG_LOCK(keg);
3074         keg->uk_freef = freef;
3075         KEG_UNLOCK(keg);
3076 }
3077
3078 /* See uma.h */
3079 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3080 void
3081 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3082 {
3083         uma_keg_t keg;
3084
3085         keg = zone_first_keg(zone);
3086         KEG_LOCK(keg);
3087         keg->uk_allocf = allocf;
3088         KEG_UNLOCK(keg);
3089 }
3090
3091 /* See uma.h */
3092 void
3093 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3094 {
3095         uma_keg_t keg;
3096
3097         keg = zone_first_keg(zone);
3098         if (keg == NULL)
3099                 return;
3100         KEG_LOCK(keg);
3101         keg->uk_reserve = items;
3102         KEG_UNLOCK(keg);
3103
3104         return;
3105 }
3106
3107 /* See uma.h */
3108 int
3109 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3110 {
3111         uma_keg_t keg;
3112         vm_offset_t kva;
3113         int pages;
3114
3115         keg = zone_first_keg(zone);
3116         if (keg == NULL)
3117                 return (0);
3118         pages = count / keg->uk_ipers;
3119
3120         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3121                 pages++;
3122
3123 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3124         if (keg->uk_ppera > 1) {
3125 #else
3126         if (1) {
3127 #endif
3128                 kva = kva_alloc(pages * UMA_SLAB_SIZE);
3129                 if (kva == 0)
3130                         return (0);
3131         } else
3132                 kva = 0;
3133         KEG_LOCK(keg);
3134         keg->uk_kva = kva;
3135         keg->uk_offset = 0;
3136         keg->uk_maxpages = pages;
3137 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3138         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3139 #else
3140         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3141 #endif
3142         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3143         KEG_UNLOCK(keg);
3144
3145         return (1);
3146 }
3147
3148 /* See uma.h */
3149 void
3150 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3151 {
3152         int slabs;
3153         uma_slab_t slab;
3154         uma_keg_t keg;
3155
3156         keg = zone_first_keg(zone);
3157         if (keg == NULL)
3158                 return;
3159         KEG_LOCK(keg);
3160         slabs = items / keg->uk_ipers;
3161         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3162                 slabs++;
3163         while (slabs > 0) {
3164                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3165                 if (slab == NULL)
3166                         break;
3167                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3168                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3169                 slabs--;
3170         }
3171         KEG_UNLOCK(keg);
3172 }
3173
3174 /* See uma.h */
3175 uint32_t *
3176 uma_find_refcnt(uma_zone_t zone, void *item)
3177 {
3178         uma_slabrefcnt_t slabref;
3179         uma_slab_t slab;
3180         uma_keg_t keg;
3181         uint32_t *refcnt;
3182         int idx;
3183
3184         slab = vtoslab((vm_offset_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3185         slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
3186         keg = slab->us_keg;
3187         KASSERT(keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT,
3188             ("uma_find_refcnt(): zone possibly not UMA_ZONE_REFCNT"));
3189         idx = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3190         refcnt = &slabref->us_refcnt[idx];
3191         return refcnt;
3192 }
3193
3194 /* See uma.h */
3195 static void
3196 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3197 {
3198
3199 #ifdef UMA_DEBUG
3200         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
3201 #endif
3202         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3203         bucket_enable();
3204         zone_foreach(zone_drain);
3205         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3206                 cache_drain_safe(NULL);
3207                 zone_foreach(zone_drain);
3208         }
3209         /*
3210          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3211          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3212          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3213          */
3214         zone_drain(slabzone);
3215         zone_drain(slabrefzone);
3216         bucket_zone_drain();
3217 }
3218
3219 void
3220 uma_reclaim(void)
3221 {
3222
3223         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3224         uma_reclaim_locked(false);
3225         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3226 }
3227
3228 static int uma_reclaim_needed;
3229
3230 void
3231 uma_reclaim_wakeup(void)
3232 {
3233
3234         uma_reclaim_needed = 1;
3235         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3236 }
3237
3238 void
3239 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3240 {
3241
3242         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3243         for (;;) {
3244                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3245                     "umarcl", 0);
3246                 if (uma_reclaim_needed) {
3247                         uma_reclaim_needed = 0;
3248                         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3249                         EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3250                         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3251                         uma_reclaim_locked(true);
3252                 }
3253         }
3254 }
3255
3256 /* See uma.h */
3257 int
3258 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3259 {
3260         int full;
3261
3262         ZONE_LOCK(zone);
3263         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3264         ZONE_UNLOCK(zone);
3265         return (full);  
3266 }
3267
3268 int
3269 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3270 {
3271         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3272 }
3273
3274 void *
3275 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3276 {
3277         void *mem;
3278         uma_slab_t slab;
3279         uint8_t flags;
3280
3281         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3282         if (slab == NULL)
3283                 return (NULL);
3284         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3285         if (mem) {
3286                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3287                 slab->us_data = mem;
3288                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3289                 slab->us_size = size;
3290         } else {
3291                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3292         }
3293
3294         return (mem);
3295 }
3296
3297 void
3298 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3299 {
3300
3301         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3302         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3303 }
3304
3305 static void
3306 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3307 {
3308
3309         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3310                 for (int i = 0; i < mp_ncpus; i++)
3311                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3312         } else
3313                 bzero(item, zone->uz_size);
3314 }
3315
3316 void
3317 uma_print_stats(void)
3318 {
3319         zone_foreach(uma_print_zone);
3320 }
3321
3322 static void
3323 slab_print(uma_slab_t slab)
3324 {
3325         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3326                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3327 }
3328
3329 static void
3330 cache_print(uma_cache_t cache)
3331 {
3332         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3333                 cache->uc_allocbucket,
3334                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3335                 cache->uc_freebucket,
3336                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3337 }
3338
3339 static void
3340 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3341 {
3342         uma_slab_t slab;
3343
3344         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3345             "out %d free %d limit %d\n",
3346             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3347             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3348             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free,
3349             (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3350         printf("Part slabs:\n");
3351         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3352                 slab_print(slab);
3353         printf("Free slabs:\n");
3354         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3355                 slab_print(slab);
3356         printf("Full slabs:\n");
3357         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3358                 slab_print(slab);
3359 }
3360
3361 void
3362 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3363 {
3364         uma_cache_t cache;
3365         uma_klink_t kl;
3366         int i;
3367
3368         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3369             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3370         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3371                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3372         CPU_FOREACH(i) {
3373                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3374                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3375                 cache_print(cache);
3376         }
3377 }
3378
3379 #ifdef DDB
3380 /*
3381  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3382  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3383  *
3384  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3385  * per-CPU cache statistic.
3386  *
3387  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3388  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3389  * directly so that we don't have to.
3390  */
3391 static void
3392 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3393     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3394 {
3395         uma_cache_t cache;
3396         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3397         int cachefree, cpu;
3398
3399         allocs = frees = sleeps = 0;
3400         cachefree = 0;
3401         CPU_FOREACH(cpu) {
3402                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3403                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3404                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3405                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3406                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3407                 allocs += cache->uc_allocs;
3408                 frees += cache->uc_frees;
3409         }
3410         allocs += z->uz_allocs;
3411         frees += z->uz_frees;
3412         sleeps += z->uz_sleeps;
3413         if (cachefreep != NULL)
3414                 *cachefreep = cachefree;
3415         if (allocsp != NULL)
3416                 *allocsp = allocs;
3417         if (freesp != NULL)
3418                 *freesp = frees;
3419         if (sleepsp != NULL)
3420                 *sleepsp = sleeps;
3421 }
3422 #endif /* DDB */
3423
3424 static int
3425 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3426 {
3427         uma_keg_t kz;
3428         uma_zone_t z;
3429         int count;
3430
3431         count = 0;
3432         rw_rlock(&uma_rwlock);
3433         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3434                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3435                         count++;
3436         }
3437         rw_runlock(&uma_rwlock);
3438         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3439 }
3440
3441 static int
3442 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3443 {
3444         struct uma_stream_header ush;
3445         struct uma_type_header uth;
3446         struct uma_percpu_stat ups;
3447         uma_bucket_t bucket;
3448         struct sbuf sbuf;
3449         uma_cache_t cache;
3450         uma_klink_t kl;
3451         uma_keg_t kz;
3452         uma_zone_t z;
3453         uma_keg_t k;
3454         int count, error, i;
3455
3456         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3457         if (error != 0)
3458                 return (error);
3459         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3460
3461         count = 0;
3462         rw_rlock(&uma_rwlock);
3463         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3464                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3465                         count++;
3466         }
3467
3468         /*
3469          * Insert stream header.
3470          */
3471         bzero(&ush, sizeof(ush));
3472         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3473         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3474         ush.ush_count = count;
3475         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3476
3477         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3478                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3479                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3480                         ZONE_LOCK(z);
3481                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3482                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3483                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3484                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3485                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3486                                 k = kl->kl_keg;
3487                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3488                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3489                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3490                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3491                                     * k->uk_ipers;
3492                         }
3493
3494                         /*
3495                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3496                          * on the keg's zone list.
3497                          */
3498                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3499                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3500                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3501
3502                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3503                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3504                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3505                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3506                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3507                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3508                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3509                         /*
3510                          * While it is not normally safe to access the cache
3511                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3512                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3513                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3514                          * accept the possible race associated with bucket
3515                          * exchange during monitoring.
3516                          */
3517                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3518                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3519                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3520                                         goto skip;
3521                                 if (CPU_ABSENT(i))
3522                                         goto skip;
3523                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3524                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3525                                         ups.ups_cache_free +=
3526                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3527                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3528                                         ups.ups_cache_free +=
3529                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3530                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3531                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3532 skip:
3533                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3534                         }
3535                         ZONE_UNLOCK(z);
3536                 }
3537         }
3538         rw_runlock(&uma_rwlock);
3539         error = sbuf_finish(&sbuf);
3540         sbuf_delete(&sbuf);
3541         return (error);
3542 }
3543
3544 int
3545 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3546 {
3547         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3548         int error, max, old;
3549
3550         old = max = uma_zone_get_max(zone);
3551         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3552         if (error || !req->newptr)
3553                 return (error);
3554
3555         if (max < old)
3556                 return (EINVAL);
3557
3558         uma_zone_set_max(zone, max);
3559
3560         return (0);
3561 }
3562
3563 int
3564 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3565 {
3566         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3567         int cur;
3568
3569         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3570         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3571 }
3572
3573 #ifdef DDB
3574 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3575 {
3576         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3577         uma_bucket_t bucket;
3578         uma_keg_t kz;
3579         uma_zone_t z;
3580         int cachefree;
3581
3582         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3583             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3584         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3585                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3586                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3587                                 allocs = z->uz_allocs;
3588                                 frees = z->uz_frees;
3589                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3590                                 cachefree = 0;
3591                         } else
3592                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3593                                     &frees, &sleeps);
3594                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3595                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3596                                 cachefree += kz->uk_free;
3597                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3598                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3599                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3600                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3601                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3602                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3603                         if (db_pager_quit)
3604                                 return;
3605                 }
3606         }
3607 }
3608
3609 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3610 {
3611         uint64_t allocs, frees;
3612         uma_bucket_t bucket;
3613         uma_zone_t z;
3614         int cachefree;
3615
3616         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3617             "Requests", "Bucket");
3618         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3619                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3620                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3621                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3622                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3623                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3624                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3625                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3626                 if (db_pager_quit)
3627                         return;
3628         }
3629 }
3630 #endif