]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
Merge ^/head r308491 through r308841.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 /* I should really use ktr.. */
54 /*
55 #define UMA_DEBUG 1
56 #define UMA_DEBUG_ALLOC 1
57 #define UMA_DEBUG_ALLOC_1 1
58 */
59
60 #include "opt_ddb.h"
61 #include "opt_param.h"
62 #include "opt_vm.h"
63
64 #include <sys/param.h>
65 #include <sys/systm.h>
66 #include <sys/bitset.h>
67 #include <sys/kernel.h>
68 #include <sys/types.h>
69 #include <sys/queue.h>
70 #include <sys/malloc.h>
71 #include <sys/ktr.h>
72 #include <sys/lock.h>
73 #include <sys/sysctl.h>
74 #include <sys/mutex.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/random.h>
77 #include <sys/rwlock.h>
78 #include <sys/sbuf.h>
79 #include <sys/sched.h>
80 #include <sys/smp.h>
81 #include <sys/taskqueue.h>
82 #include <sys/vmmeter.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_param.h>
89 #include <vm/vm_map.h>
90 #include <vm/vm_kern.h>
91 #include <vm/vm_extern.h>
92 #include <vm/uma.h>
93 #include <vm/uma_int.h>
94 #include <vm/uma_dbg.h>
95
96 #include <ddb/ddb.h>
97
98 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
99 #include <vm/memguard.h>
100 #endif
101
102 /*
103  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
104  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
105  * bss section to bootstrap us.
106  */
107 static struct uma_keg masterkeg;
108 static struct uma_zone masterzone_k;
109 static struct uma_zone masterzone_z;
110 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
111 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
112
113 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
114 static uma_zone_t slabzone;
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  * This is the handle used to schedule events that need to happen
158  * outside of the allocation fast path.
159  */
160 static struct callout uma_callout;
161 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
162
163 /*
164  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
165  * a special allocation function just for zones.
166  */
167 struct uma_zctor_args {
168         const char *name;
169         size_t size;
170         uma_ctor ctor;
171         uma_dtor dtor;
172         uma_init uminit;
173         uma_fini fini;
174         uma_import import;
175         uma_release release;
176         void *arg;
177         uma_keg_t keg;
178         int align;
179         uint32_t flags;
180 };
181
182 struct uma_kctor_args {
183         uma_zone_t zone;
184         size_t size;
185         uma_init uminit;
186         uma_fini fini;
187         int align;
188         uint32_t flags;
189 };
190
191 struct uma_bucket_zone {
192         uma_zone_t      ubz_zone;
193         char            *ubz_name;
194         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
195         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
196 };
197
198 /*
199  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
200  * of two sizes for more efficient space utilization.
201  */
202 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
203     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
204
205 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
206
207 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
208         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
209         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
210         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
211         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
212         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
213         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
214         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
215         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
216         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
217         { NULL, NULL, 0}
218 };
219
220 /*
221  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
222  */
223 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
224
225 /* Prototypes.. */
226
227 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
228 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
229 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
230 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
231 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
232 static void cache_drain(uma_zone_t);
233 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
234 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
235 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
236 static void keg_dtor(void *, int, void *);
237 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
238 static void zone_dtor(void *, int, void *);
239 static int zero_init(void *, int, int);
240 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
241 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
242 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
243 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
244 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
245 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
246 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
247 static void uma_timeout(void *);
248 static void uma_startup3(void);
249 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
250 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
251 static void bucket_enable(void);
252 static void bucket_init(void);
253 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
254 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
255 static void bucket_zone_drain(void);
256 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
257 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
258 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
259 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
260 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
261 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
262     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
263 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
264 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
265 static void uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone);
266
267 void uma_print_zone(uma_zone_t);
268 void uma_print_stats(void);
269 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
270 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
271
272 #ifdef INVARIANTS
273 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
274 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
275 #endif
276
277 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
278
279 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
280     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
281
282 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
283     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
284
285 static int zone_warnings = 1;
286 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
287     "Warn when UMA zones becomes full");
288
289 /*
290  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
291  */
292 static void
293 bucket_enable(void)
294 {
295         bucketdisable = vm_page_count_min();
296 }
297
298 /*
299  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
300  *
301  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
302  * of the header and an array of pointers.
303  */
304 static void
305 bucket_init(void)
306 {
307         struct uma_bucket_zone *ubz;
308         int size;
309
310         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
311                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
312                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
313                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
314                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
315                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
316         }
317 }
318
319 /*
320  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
321  * to allocate the bucket.
322  */
323 static struct uma_bucket_zone *
324 bucket_zone_lookup(int entries)
325 {
326         struct uma_bucket_zone *ubz;
327
328         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
329                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
330                         return (ubz);
331         ubz--;
332         return (ubz);
333 }
334
335 static int
336 bucket_select(int size)
337 {
338         struct uma_bucket_zone *ubz;
339
340         ubz = &bucket_zones[0];
341         if (size > ubz->ubz_maxsize)
342                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
343
344         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
345                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
346                         break;
347         ubz--;
348         return (ubz->ubz_entries);
349 }
350
351 static uma_bucket_t
352 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
353 {
354         struct uma_bucket_zone *ubz;
355         uma_bucket_t bucket;
356
357         /*
358          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
359          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
360          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
361          * low memory situations.
362          */
363         if (bucketdisable)
364                 return (NULL);
365         /*
366          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
367          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
368          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
369          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
370          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
371          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
372          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
373          * free path.
374          */
375         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
376                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
377         else {
378                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
379                         return (NULL);
380                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
381         }
382         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
383                 flags |= M_NOVM;
384         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
385         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
386                 ubz++;
387         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
388         if (bucket) {
389 #ifdef INVARIANTS
390                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
391 #endif
392                 bucket->ub_cnt = 0;
393                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
394         }
395
396         return (bucket);
397 }
398
399 static void
400 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
401 {
402         struct uma_bucket_zone *ubz;
403
404         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
405             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
406         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
407                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
408         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
409         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
410 }
411
412 static void
413 bucket_zone_drain(void)
414 {
415         struct uma_bucket_zone *ubz;
416
417         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
418                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
419 }
420
421 static void
422 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
423 {
424         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
425
426         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
427                 return;
428
429         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
430                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
431 }
432
433 static inline void
434 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
435 {
436
437         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
438                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
439 }
440
441 static void
442 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
443 {
444         uma_klink_t klink;
445
446         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
447                 kegfn(klink->kl_keg);
448 }
449
450 /*
451  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
452  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
453  *
454  * Arguments:
455  *      arg   Unused
456  *
457  * Returns:
458  *      Nothing
459  */
460 static void
461 uma_timeout(void *unused)
462 {
463         bucket_enable();
464         zone_foreach(zone_timeout);
465
466         /* Reschedule this event */
467         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
468 }
469
470 /*
471  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
472  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
473  *
474  *  Returns nothing.
475  */
476 static void
477 keg_timeout(uma_keg_t keg)
478 {
479
480         KEG_LOCK(keg);
481         /*
482          * Expand the keg hash table.
483          *
484          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
485          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
486          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
487          */
488         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
489             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
490                 struct uma_hash newhash;
491                 struct uma_hash oldhash;
492                 int ret;
493
494                 /*
495                  * This is so involved because allocating and freeing
496                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
497                  * I have to do everything in stages and check for
498                  * races.
499                  */
500                 newhash = keg->uk_hash;
501                 KEG_UNLOCK(keg);
502                 ret = hash_alloc(&newhash);
503                 KEG_LOCK(keg);
504                 if (ret) {
505                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
506                                 oldhash = keg->uk_hash;
507                                 keg->uk_hash = newhash;
508                         } else
509                                 oldhash = newhash;
510
511                         KEG_UNLOCK(keg);
512                         hash_free(&oldhash);
513                         return;
514                 }
515         }
516         KEG_UNLOCK(keg);
517 }
518
519 static void
520 zone_timeout(uma_zone_t zone)
521 {
522
523         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
524 }
525
526 /*
527  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
528  * backing store.
529  *
530  * Arguments:
531  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
532  *
533  * Returns:
534  *      1 on success and 0 on failure.
535  */
536 static int
537 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
538 {
539         int oldsize;
540         int alloc;
541
542         oldsize = hash->uh_hashsize;
543
544         /* We're just going to go to a power of two greater */
545         if (oldsize)  {
546                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
547                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
548                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
549                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
550         } else {
551                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
552                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
553                     M_WAITOK);
554                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
555         }
556         if (hash->uh_slab_hash) {
557                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
558                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
559                 return (1);
560         }
561
562         return (0);
563 }
564
565 /*
566  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
567  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
568  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
569  *
570  * Arguments:
571  *      oldhash  The hash you want to expand
572  *      newhash  The hash structure for the new table
573  *
574  * Returns:
575  *      Nothing
576  *
577  * Discussion:
578  */
579 static int
580 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
581 {
582         uma_slab_t slab;
583         int hval;
584         int i;
585
586         if (!newhash->uh_slab_hash)
587                 return (0);
588
589         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
590                 return (0);
591
592         /*
593          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
594          * full rehash.
595          */
596
597         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
598                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
599                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
600                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
601                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
602                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
603                             slab, us_hlink);
604                 }
605
606         return (1);
607 }
608
609 /*
610  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
611  *
612  * Arguments:
613  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
614  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
615  *
616  * Returns:
617  *      Nothing
618  */
619 static void
620 hash_free(struct uma_hash *hash)
621 {
622         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
623                 return;
624         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
625                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
626         else
627                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
628 }
629
630 /*
631  * Frees all outstanding items in a bucket
632  *
633  * Arguments:
634  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
635  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
636  *
637  * Returns:
638  *      Nothing
639  */
640
641 static void
642 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
643 {
644         int i;
645
646         if (bucket == NULL)
647                 return;
648
649         if (zone->uz_fini)
650                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
651                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
652         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
653         bucket->ub_cnt = 0;
654 }
655
656 /*
657  * Drains the per cpu caches for a zone.
658  *
659  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
660  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
661  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
662  *
663  * Arguments:
664  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
665  *
666  * Returns:
667  *      Nothing
668  */
669 static void
670 cache_drain(uma_zone_t zone)
671 {
672         uma_cache_t cache;
673         int cpu;
674
675         /*
676          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
677          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
678          * of the caches at this point.
679          *
680          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
681          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
682          *
683          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
684          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
685          * there in some form?
686          */
687         CPU_FOREACH(cpu) {
688                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
689                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
690                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
691                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
692                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
693                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
694                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
695                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
696         }
697         ZONE_LOCK(zone);
698         bucket_cache_drain(zone);
699         ZONE_UNLOCK(zone);
700 }
701
702 static void
703 cache_shrink(uma_zone_t zone)
704 {
705
706         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
707                 return;
708
709         ZONE_LOCK(zone);
710         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
711         ZONE_UNLOCK(zone);
712 }
713
714 static void
715 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
716 {
717         uma_cache_t cache;
718         uma_bucket_t b1, b2;
719
720         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
721                 return;
722
723         b1 = b2 = NULL;
724         ZONE_LOCK(zone);
725         critical_enter();
726         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
727         if (cache->uc_allocbucket) {
728                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
729                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
730                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
731                 else
732                         b1 = cache->uc_allocbucket;
733                 cache->uc_allocbucket = NULL;
734         }
735         if (cache->uc_freebucket) {
736                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
737                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
738                             cache->uc_freebucket, ub_link);
739                 else
740                         b2 = cache->uc_freebucket;
741                 cache->uc_freebucket = NULL;
742         }
743         critical_exit();
744         ZONE_UNLOCK(zone);
745         if (b1)
746                 bucket_free(zone, b1, NULL);
747         if (b2)
748                 bucket_free(zone, b2, NULL);
749 }
750
751 /*
752  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
753  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
754  * one by one and enter a critical section on each of them in order
755  * to safely access their cache buckets.
756  * Zone lock must not be held on call this function.
757  */
758 static void
759 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
760 {
761         int cpu;
762
763         /*
764          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
765          */
766         if (zone)
767                 cache_shrink(zone);
768         else
769                 zone_foreach(cache_shrink);
770
771         CPU_FOREACH(cpu) {
772                 thread_lock(curthread);
773                 sched_bind(curthread, cpu);
774                 thread_unlock(curthread);
775
776                 if (zone)
777                         cache_drain_safe_cpu(zone);
778                 else
779                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
780         }
781         thread_lock(curthread);
782         sched_unbind(curthread);
783         thread_unlock(curthread);
784 }
785
786 /*
787  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
788  */
789 static void
790 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
791 {
792         uma_bucket_t bucket;
793
794         /*
795          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
796          * cpu (alloc/free).
797          */
798         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
799                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
800                 ZONE_UNLOCK(zone);
801                 bucket_drain(zone, bucket);
802                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
803                 ZONE_LOCK(zone);
804         }
805
806         /*
807          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
808          * is probably lower then price of global cache drain.
809          */
810         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
811                 zone->uz_count--;
812 }
813
814 static void
815 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
816 {
817         uint8_t *mem;
818         int i;
819         uint8_t flags;
820
821         mem = slab->us_data;
822         flags = slab->us_flags;
823         i = start;
824         if (keg->uk_fini != NULL) {
825                 for (i--; i > -1; i--)
826                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
827                             keg->uk_size);
828         }
829         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
830                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
831 #ifdef UMA_DEBUG
832         printf("%s: Returning %d bytes.\n", keg->uk_name,
833             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
834 #endif
835         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
836 }
837
838 /*
839  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
840  * the pageout daemon.
841  *
842  * Returns nothing.
843  */
844 static void
845 keg_drain(uma_keg_t keg)
846 {
847         struct slabhead freeslabs = { 0 };
848         uma_slab_t slab, tmp;
849
850         /*
851          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
852          * time
853          */
854         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
855                 return;
856
857 #ifdef UMA_DEBUG
858         printf("%s free items: %u\n", keg->uk_name, keg->uk_free);
859 #endif
860         KEG_LOCK(keg);
861         if (keg->uk_free == 0)
862                 goto finished;
863
864         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &keg->uk_free_slab, us_link, tmp) {
865                 /* We have nowhere to free these to. */
866                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
867                         continue;
868
869                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
870                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
871                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
872
873                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
874                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
875
876                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
877         }
878 finished:
879         KEG_UNLOCK(keg);
880
881         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
882                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
883                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
884         }
885 }
886
887 static void
888 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
889 {
890
891         /*
892          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
893          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
894          * is the only call that knows the structure will still be available
895          * when it wakes up.
896          */
897         ZONE_LOCK(zone);
898         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
899                 if (waitok == M_NOWAIT)
900                         goto out;
901                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
902         }
903         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
904         bucket_cache_drain(zone);
905         ZONE_UNLOCK(zone);
906         /*
907          * The DRAINING flag protects us from being freed while
908          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
909          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
910          */
911         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
912         ZONE_LOCK(zone);
913         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
914         wakeup(zone);
915 out:
916         ZONE_UNLOCK(zone);
917 }
918
919 void
920 zone_drain(uma_zone_t zone)
921 {
922
923         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
924 }
925
926 /*
927  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
928  *
929  * Arguments:
930  *      wait  Shall we wait?
931  *
932  * Returns:
933  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
934  *      caller specified M_NOWAIT.
935  */
936 static uma_slab_t
937 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
938 {
939         uma_alloc allocf;
940         uma_slab_t slab;
941         uint8_t *mem;
942         uint8_t flags;
943         int i;
944
945         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
946         slab = NULL;
947         mem = NULL;
948
949 #ifdef UMA_DEBUG
950         printf("alloc_slab:  Allocating a new slab for %s\n", keg->uk_name);
951 #endif
952         allocf = keg->uk_allocf;
953         KEG_UNLOCK(keg);
954
955         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
956                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
957                 if (slab == NULL)
958                         goto out;
959         }
960
961         /*
962          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
963          * first time they are added to a zone.
964          *
965          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
966          */
967
968         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
969                 wait |= M_ZERO;
970         else
971                 wait &= ~M_ZERO;
972
973         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
974                 wait |= M_NODUMP;
975
976         /* zone is passed for legacy reasons. */
977         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
978         if (mem == NULL) {
979                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
980                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
981                 slab = NULL;
982                 goto out;
983         }
984
985         /* Point the slab into the allocated memory */
986         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
987                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
988
989         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
990                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
991                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
992
993         slab->us_keg = keg;
994         slab->us_data = mem;
995         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
996         slab->us_flags = flags;
997         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
998 #ifdef INVARIANTS
999         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1000 #endif
1001
1002         if (keg->uk_init != NULL) {
1003                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1004                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1005                             keg->uk_size, wait) != 0)
1006                                 break;
1007                 if (i != keg->uk_ipers) {
1008                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1009                         slab = NULL;
1010                         goto out;
1011                 }
1012         }
1013 out:
1014         KEG_LOCK(keg);
1015
1016         if (slab != NULL) {
1017                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1018                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1019
1020                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1021                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1022         }
1023
1024         return (slab);
1025 }
1026
1027 /*
1028  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1029  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1030  * the VM is ready.
1031  */
1032 static void *
1033 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1034 {
1035         uma_keg_t keg;
1036         uma_slab_t tmps;
1037         int pages, check_pages;
1038
1039         keg = zone_first_keg(zone);
1040         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1041         check_pages = pages - 1;
1042         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1043
1044         /*
1045          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1046          */
1047         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1048
1049         /* First check if we have enough room. */
1050         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1051         while (tmps != NULL && check_pages-- > 0)
1052                 tmps = LIST_NEXT(tmps, us_link);
1053         if (tmps != NULL) {
1054                 /*
1055                  * It's ok to lose tmps references.  The last one will
1056                  * have tmps->us_data pointing to the start address of
1057                  * "pages" contiguous pages of memory.
1058                  */
1059                 while (pages-- > 0) {
1060                         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1061                         LIST_REMOVE(tmps, us_link);
1062                 }
1063                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1064                 *pflag = tmps->us_flags;
1065                 return (tmps->us_data);
1066         }
1067         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1068         if (booted < UMA_STARTUP2)
1069                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1070         /*
1071          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1072          */
1073 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1074         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1075 #else
1076         keg->uk_allocf = page_alloc;
1077 #endif
1078         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1079 }
1080
1081 /*
1082  * Allocates a number of pages from the system
1083  *
1084  * Arguments:
1085  *      bytes  The number of bytes requested
1086  *      wait  Shall we wait?
1087  *
1088  * Returns:
1089  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1090  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1091  */
1092 static void *
1093 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1094 {
1095         void *p;        /* Returned page */
1096
1097         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1098         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1099
1100         return (p);
1101 }
1102
1103 /*
1104  * Allocates a number of pages from within an object
1105  *
1106  * Arguments:
1107  *      bytes  The number of bytes requested
1108  *      wait   Shall we wait?
1109  *
1110  * Returns:
1111  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1112  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1113  */
1114 static void *
1115 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1116 {
1117         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1118         u_long npages;
1119         vm_offset_t retkva, zkva;
1120         vm_page_t p, p_next;
1121         uma_keg_t keg;
1122
1123         TAILQ_INIT(&alloctail);
1124         keg = zone_first_keg(zone);
1125
1126         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1127         while (npages > 0) {
1128                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1129                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ);
1130                 if (p != NULL) {
1131                         /*
1132                          * Since the page does not belong to an object, its
1133                          * listq is unused.
1134                          */
1135                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1136                         npages--;
1137                         continue;
1138                 }
1139                 if (wait & M_WAITOK) {
1140                         VM_WAIT;
1141                         continue;
1142                 }
1143
1144                 /*
1145                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1146                  * exit.
1147                  */
1148                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1149                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1150                         vm_page_free(p); 
1151                 }
1152                 return (NULL);
1153         }
1154         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1155         zkva = keg->uk_kva +
1156             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1157         retkva = zkva;
1158         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1159                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1160                 zkva += PAGE_SIZE;
1161         }
1162
1163         return ((void *)retkva);
1164 }
1165
1166 /*
1167  * Frees a number of pages to the system
1168  *
1169  * Arguments:
1170  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1171  *      size  The size of the memory being freed
1172  *      flags The original p->us_flags field
1173  *
1174  * Returns:
1175  *      Nothing
1176  */
1177 static void
1178 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1179 {
1180         struct vmem *vmem;
1181
1182         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1183                 vmem = kmem_arena;
1184         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1185                 vmem = kernel_arena;
1186         else
1187                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d", flags);
1188
1189         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1190 }
1191
1192 /*
1193  * Zero fill initializer
1194  *
1195  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1196  */
1197 static int
1198 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1199 {
1200         bzero(mem, size);
1201         return (0);
1202 }
1203
1204 /*
1205  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1206  *
1207  * Arguments
1208  *      keg  The zone we should initialize
1209  *
1210  * Returns
1211  *      Nothing
1212  */
1213 static void
1214 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1215 {
1216         u_int rsize;
1217         u_int memused;
1218         u_int wastedspace;
1219         u_int shsize;
1220
1221         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1222                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1223
1224                 keg->uk_slabsize = sizeof(struct pcpu);
1225                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1226                     PAGE_SIZE);
1227         } else {
1228                 keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1229                 keg->uk_ppera = 1;
1230         }
1231
1232         /*
1233          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1234          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1235          * allocation bits for we round it up.
1236          */
1237         rsize = keg->uk_size;
1238         if (rsize < keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE)
1239                 rsize = keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE;
1240         if (rsize & keg->uk_align)
1241                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1242         keg->uk_rsize = rsize;
1243
1244         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1245             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1246             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1247
1248         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1249                 shsize = 0;
1250         else 
1251                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1252
1253         keg->uk_ipers = (keg->uk_slabsize - shsize) / rsize;
1254         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1255             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1256
1257         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1258         wastedspace = keg->uk_slabsize - memused;
1259
1260         /*
1261          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1262          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1263          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1264          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1265          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1266          */
1267         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1268             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1269                 return;
1270
1271         /*
1272          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1273          * this if it permits more items per-slab.
1274          *
1275          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1276          * Historically this was not done because the VM could not
1277          * efficiently handle contiguous allocations.
1278          */
1279         if ((wastedspace >= keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1280             (keg->uk_ipers < (keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize))) {
1281                 keg->uk_ipers = keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize;
1282                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1283                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1284 #ifdef UMA_DEBUG
1285                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1286                     "keg: %s, calculated wastedspace = %d, "
1287                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1288                     "calculated ipers = %d, "
1289                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, wastedspace,
1290                     keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1291                     keg->uk_slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1292 #endif
1293                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1294         }
1295
1296         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1297             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1298                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1299 }
1300
1301 /*
1302  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1303  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1304  * more complicated.
1305  *
1306  * Arguments
1307  *      keg  The keg we should initialize
1308  *
1309  * Returns
1310  *      Nothing
1311  */
1312 static void
1313 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1314 {
1315         u_int shsize;
1316
1317         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1318         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1319             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1320         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1321             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1322
1323         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1324         keg->uk_slabsize = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1325         keg->uk_ipers = 1;
1326         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1327
1328         /* We can't do OFFPAGE if we're internal, bail out here. */
1329         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1330                 return;
1331
1332         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1333         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1334                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1335                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1336                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1337                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1338
1339                 if ((PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - keg->uk_rsize < shsize)
1340                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1341         }
1342
1343         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1344             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1345                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1346 }
1347
1348 static void
1349 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1350 {
1351         int alignsize;
1352         int trailer;
1353         int pages;
1354         int rsize;
1355
1356         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1357             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1358
1359         alignsize = keg->uk_align + 1;
1360         rsize = keg->uk_size;
1361         /*
1362          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1363          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1364          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1365          * would fall on the same boundary every time.
1366          */
1367         if (rsize & keg->uk_align)
1368                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1369         if ((rsize & alignsize) == 0)
1370                 rsize += alignsize;
1371         trailer = rsize - keg->uk_size;
1372         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1373         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1374         keg->uk_rsize = rsize;
1375         keg->uk_ppera = pages;
1376         keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1377         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1378         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1379         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1380             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1381             keg->uk_ipers));
1382 }
1383
1384 /*
1385  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1386  * the keg onto the global keg list.
1387  *
1388  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1389  *      udata  Actually uma_kctor_args
1390  */
1391 static int
1392 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1393 {
1394         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1395         uma_keg_t keg = mem;
1396         uma_zone_t zone;
1397
1398         bzero(keg, size);
1399         keg->uk_size = arg->size;
1400         keg->uk_init = arg->uminit;
1401         keg->uk_fini = arg->fini;
1402         keg->uk_align = arg->align;
1403         keg->uk_free = 0;
1404         keg->uk_reserve = 0;
1405         keg->uk_pages = 0;
1406         keg->uk_flags = arg->flags;
1407         keg->uk_allocf = page_alloc;
1408         keg->uk_freef = page_free;
1409         keg->uk_slabzone = NULL;
1410
1411         /*
1412          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1413          */
1414         zone = arg->zone;
1415         keg->uk_name = zone->uz_name;
1416
1417         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1418                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1419
1420         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1421                 keg->uk_init = zero_init;
1422
1423         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1424                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1425
1426         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1427 #ifdef SMP
1428                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1429 #else
1430                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1431 #endif
1432
1433         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1434                 keg_cachespread_init(keg);
1435         } else {
1436                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1437                         keg_large_init(keg);
1438                 else
1439                         keg_small_init(keg);
1440         }
1441
1442         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1443                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1444
1445         /*
1446          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1447          * startup cache until the vm is ready.
1448          */
1449         if (keg->uk_ppera == 1) {
1450 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1451                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1452                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1453
1454                 if (booted < UMA_STARTUP)
1455                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1456 #else
1457                 if (booted < UMA_STARTUP2)
1458                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1459 #endif
1460         } else if (booted < UMA_STARTUP2 &&
1461             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1462                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1463
1464         /*
1465          * Initialize keg's lock
1466          */
1467         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1468
1469         /*
1470          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1471          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1472          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1473          */
1474         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1475                 u_int totsize;
1476
1477                 /* Size of the slab struct and free list */
1478                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1479
1480                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1481                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1482                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1483                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1484
1485                 /*
1486                  * The only way the following is possible is if with our
1487                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1488                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1489                  * mathematically possible for all cases, so we make
1490                  * sure here anyway.
1491                  */
1492                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1493                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1494                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1495                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1496                             keg->uk_size);
1497                         panic("UMA slab won't fit.");
1498                 }
1499         }
1500
1501         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1502                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1503
1504 #ifdef UMA_DEBUG
1505         printf("UMA: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
1506             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
1507             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
1508             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
1509 #endif
1510
1511         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1512
1513         rw_wlock(&uma_rwlock);
1514         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1515         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1516         return (0);
1517 }
1518
1519 /*
1520  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1521  *
1522  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1523  *      udata  Actually uma_zctor_args
1524  */
1525 static int
1526 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1527 {
1528         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1529         uma_zone_t zone = mem;
1530         uma_zone_t z;
1531         uma_keg_t keg;
1532
1533         bzero(zone, size);
1534         zone->uz_name = arg->name;
1535         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1536         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1537         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1538         zone->uz_init = NULL;
1539         zone->uz_fini = NULL;
1540         zone->uz_allocs = 0;
1541         zone->uz_frees = 0;
1542         zone->uz_fails = 0;
1543         zone->uz_sleeps = 0;
1544         zone->uz_count = 0;
1545         zone->uz_count_min = 0;
1546         zone->uz_flags = 0;
1547         zone->uz_warning = NULL;
1548         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1549         keg = arg->keg;
1550
1551         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1552
1553         /*
1554          * This is a pure cache zone, no kegs.
1555          */
1556         if (arg->import) {
1557                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1558                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1559                 zone->uz_flags = arg->flags;
1560                 zone->uz_size = arg->size;
1561                 zone->uz_import = arg->import;
1562                 zone->uz_release = arg->release;
1563                 zone->uz_arg = arg->arg;
1564                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1565                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1566                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1567                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1568                 goto out;
1569         }
1570
1571         /*
1572          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1573          */
1574         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1575         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1576         zone->uz_arg = zone; 
1577
1578         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1579                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1580                 zone->uz_init = arg->uminit;
1581                 zone->uz_fini = arg->fini;
1582                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1583                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1584                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1585                 ZONE_LOCK(zone);
1586                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1587                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1588                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1589                                 break;
1590                         }
1591                 }
1592                 ZONE_UNLOCK(zone);
1593                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1594         } else if (keg == NULL) {
1595                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1596                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1597                         return (ENOMEM);
1598         } else {
1599                 struct uma_kctor_args karg;
1600                 int error;
1601
1602                 /* We should only be here from uma_startup() */
1603                 karg.size = arg->size;
1604                 karg.uminit = arg->uminit;
1605                 karg.fini = arg->fini;
1606                 karg.align = arg->align;
1607                 karg.flags = arg->flags;
1608                 karg.zone = zone;
1609                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1610                     flags);
1611                 if (error)
1612                         return (error);
1613         }
1614
1615         /*
1616          * Link in the first keg.
1617          */
1618         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1619         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1620         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1621         zone->uz_size = keg->uk_size;
1622         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1623             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1624
1625         /*
1626          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1627          * caches.  If we're internal, bail out here.
1628          */
1629         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1630                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1631                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1632                 return (0);
1633         }
1634
1635 out:
1636         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) == 0)
1637                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1638         else
1639                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1640         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1641
1642         return (0);
1643 }
1644
1645 /*
1646  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1647  * table and removes the keg from the global list.
1648  *
1649  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1650  *      udata  unused
1651  */
1652 static void
1653 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1654 {
1655         uma_keg_t keg;
1656
1657         keg = (uma_keg_t)arg;
1658         KEG_LOCK(keg);
1659         if (keg->uk_free != 0) {
1660                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1661                     " Lost %d pages of memory.\n",
1662                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1663                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1664         }
1665         KEG_UNLOCK(keg);
1666
1667         hash_free(&keg->uk_hash);
1668
1669         KEG_LOCK_FINI(keg);
1670 }
1671
1672 /*
1673  * Zone header dtor.
1674  *
1675  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1676  *      udata  unused
1677  */
1678 static void
1679 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1680 {
1681         uma_klink_t klink;
1682         uma_zone_t zone;
1683         uma_keg_t keg;
1684
1685         zone = (uma_zone_t)arg;
1686         keg = zone_first_keg(zone);
1687
1688         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1689                 cache_drain(zone);
1690
1691         rw_wlock(&uma_rwlock);
1692         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1693         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1694         /*
1695          * XXX there are some races here where
1696          * the zone can be drained but zone lock
1697          * released and then refilled before we
1698          * remove it... we dont care for now
1699          */
1700         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1701         /*
1702          * Unlink all of our kegs.
1703          */
1704         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1705                 klink->kl_keg = NULL;
1706                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1707                 if (klink == &zone->uz_klink)
1708                         continue;
1709                 free(klink, M_TEMP);
1710         }
1711         /*
1712          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1713          */
1714         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1715                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1716                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1717                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1718                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1719         }
1720         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1721 }
1722
1723 /*
1724  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1725  *
1726  * Arguments:
1727  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1728  *              as an argument.
1729  *
1730  * Returns:
1731  *      Nothing
1732  */
1733 static void
1734 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1735 {
1736         uma_keg_t keg;
1737         uma_zone_t zone;
1738
1739         rw_rlock(&uma_rwlock);
1740         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1741                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1742                         zfunc(zone);
1743         }
1744         rw_runlock(&uma_rwlock);
1745 }
1746
1747 /* Public functions */
1748 /* See uma.h */
1749 void
1750 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1751 {
1752         struct uma_zctor_args args;
1753         uma_slab_t slab;
1754         int i;
1755
1756 #ifdef UMA_DEBUG
1757         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1758 #endif
1759         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1760
1761         /* "manually" create the initial zone */
1762         memset(&args, 0, sizeof(args));
1763         args.name = "UMA Kegs";
1764         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1765         args.ctor = keg_ctor;
1766         args.dtor = keg_dtor;
1767         args.uminit = zero_init;
1768         args.fini = NULL;
1769         args.keg = &masterkeg;
1770         args.align = 32 - 1;
1771         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1772         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1773         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1774
1775 #ifdef UMA_DEBUG
1776         printf("Filling boot free list.\n");
1777 #endif
1778         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1779                 slab = (uma_slab_t)((uint8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1780                 slab->us_data = (uint8_t *)slab;
1781                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1782                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1783         }
1784         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1785
1786 #ifdef UMA_DEBUG
1787         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1788 #endif
1789         args.name = "UMA Zones";
1790         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1791             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1792         args.ctor = zone_ctor;
1793         args.dtor = zone_dtor;
1794         args.uminit = zero_init;
1795         args.fini = NULL;
1796         args.keg = NULL;
1797         args.align = 32 - 1;
1798         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1799         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1800         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1801
1802 #ifdef UMA_DEBUG
1803         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1804 #endif
1805
1806         /* Now make a zone for slab headers */
1807         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1808                                 sizeof(struct uma_slab),
1809                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1810                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1811
1812         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1813             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1814             NULL, NULL, NULL, NULL,
1815             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1816
1817         bucket_init();
1818
1819         booted = UMA_STARTUP;
1820
1821 #ifdef UMA_DEBUG
1822         printf("UMA startup complete.\n");
1823 #endif
1824 }
1825
1826 /* see uma.h */
1827 void
1828 uma_startup2(void)
1829 {
1830         booted = UMA_STARTUP2;
1831         bucket_enable();
1832         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
1833 #ifdef UMA_DEBUG
1834         printf("UMA startup2 complete.\n");
1835 #endif
1836 }
1837
1838 /*
1839  * Initialize our callout handle
1840  *
1841  */
1842
1843 static void
1844 uma_startup3(void)
1845 {
1846 #ifdef UMA_DEBUG
1847         printf("Starting callout.\n");
1848 #endif
1849         callout_init(&uma_callout, 1);
1850         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1851 #ifdef UMA_DEBUG
1852         printf("UMA startup3 complete.\n");
1853 #endif
1854 }
1855
1856 static uma_keg_t
1857 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1858                 int align, uint32_t flags)
1859 {
1860         struct uma_kctor_args args;
1861
1862         args.size = size;
1863         args.uminit = uminit;
1864         args.fini = fini;
1865         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1866         args.flags = flags;
1867         args.zone = zone;
1868         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1869 }
1870
1871 /* See uma.h */
1872 void
1873 uma_set_align(int align)
1874 {
1875
1876         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1877                 uma_align_cache = align;
1878 }
1879
1880 /* See uma.h */
1881 uma_zone_t
1882 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1883                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1884
1885 {
1886         struct uma_zctor_args args;
1887         uma_zone_t res;
1888         bool locked;
1889
1890         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1891         memset(&args, 0, sizeof(args));
1892         args.name = name;
1893         args.size = size;
1894         args.ctor = ctor;
1895         args.dtor = dtor;
1896         args.uminit = uminit;
1897         args.fini = fini;
1898 #ifdef  INVARIANTS
1899         /*
1900          * If a zone is being created with an empty constructor and
1901          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
1902          * memory use after free.
1903          */
1904         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
1905             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
1906                 args.ctor = trash_ctor;
1907                 args.dtor = trash_dtor;
1908                 args.uminit = trash_init;
1909                 args.fini = trash_fini;
1910         }
1911 #endif
1912         args.align = align;
1913         args.flags = flags;
1914         args.keg = NULL;
1915
1916         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1917                 locked = false;
1918         } else {
1919                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1920                 locked = true;
1921         }
1922         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1923         if (locked)
1924                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1925         return (res);
1926 }
1927
1928 /* See uma.h */
1929 uma_zone_t
1930 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1931                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1932 {
1933         struct uma_zctor_args args;
1934         uma_keg_t keg;
1935         uma_zone_t res;
1936         bool locked;
1937
1938         keg = zone_first_keg(master);
1939         memset(&args, 0, sizeof(args));
1940         args.name = name;
1941         args.size = keg->uk_size;
1942         args.ctor = ctor;
1943         args.dtor = dtor;
1944         args.uminit = zinit;
1945         args.fini = zfini;
1946         args.align = keg->uk_align;
1947         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1948         args.keg = keg;
1949
1950         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1951                 locked = false;
1952         } else {
1953                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1954                 locked = true;
1955         }
1956         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1957         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1958         if (locked)
1959                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1960         return (res);
1961 }
1962
1963 /* See uma.h */
1964 uma_zone_t
1965 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1966                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
1967                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
1968 {
1969         struct uma_zctor_args args;
1970
1971         memset(&args, 0, sizeof(args));
1972         args.name = name;
1973         args.size = size;
1974         args.ctor = ctor;
1975         args.dtor = dtor;
1976         args.uminit = zinit;
1977         args.fini = zfini;
1978         args.import = zimport;
1979         args.release = zrelease;
1980         args.arg = arg;
1981         args.align = 0;
1982         args.flags = flags;
1983
1984         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
1985 }
1986
1987 static void
1988 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1989 {
1990         if (a < b) {
1991                 ZONE_LOCK(a);
1992                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1993         } else {
1994                 ZONE_LOCK(b);
1995                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1996         }
1997 }
1998
1999 static void
2000 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2001 {
2002
2003         ZONE_UNLOCK(a);
2004         ZONE_UNLOCK(b);
2005 }
2006
2007 int
2008 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2009 {
2010         uma_klink_t klink;
2011         uma_klink_t kl;
2012         int error;
2013
2014         error = 0;
2015         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2016
2017         zone_lock_pair(zone, master);
2018         /*
2019          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2020          * a secondary.
2021          */
2022         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2023             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2024                 error = EINVAL;
2025                 goto out;
2026         }
2027         /*
2028          * The new master must also use vtoslab().
2029          */
2030         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2031                 error = EINVAL;
2032                 goto out;
2033         }
2034
2035         /*
2036          * The underlying object must be the same size.  rsize
2037          * may be different.
2038          */
2039         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2040                 error = E2BIG;
2041                 goto out;
2042         }
2043         /*
2044          * Put it at the end of the list.
2045          */
2046         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2047         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2048                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2049                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2050                         break;
2051                 }
2052         }
2053         klink = NULL;
2054         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2055         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2056
2057 out:
2058         zone_unlock_pair(zone, master);
2059         if (klink != NULL)
2060                 free(klink, M_TEMP);
2061
2062         return (error);
2063 }
2064
2065
2066 /* See uma.h */
2067 void
2068 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2069 {
2070
2071         sx_slock(&uma_drain_lock);
2072         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2073         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2074 }
2075
2076 /* See uma.h */
2077 void *
2078 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2079 {
2080         void *item;
2081         uma_cache_t cache;
2082         uma_bucket_t bucket;
2083         int lockfail;
2084         int cpu;
2085
2086         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2087         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2088
2089         /* This is the fast path allocation */
2090 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2091         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2092 #endif
2093         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
2094             zone->uz_name, flags);
2095
2096         if (flags & M_WAITOK) {
2097                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2098                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2099         }
2100         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2101             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2102
2103 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2104         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2105                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2106                 if (item != NULL) {
2107                         if (zone->uz_init != NULL &&
2108                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2109                                 return (NULL);
2110                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2111                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2112                             flags) != 0) {
2113                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2114                                 return (NULL);
2115                         }
2116                         return (item);
2117                 }
2118                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2119         }
2120 #endif
2121         /*
2122          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2123          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2124          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2125          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2126          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2127          * preemption and migration.  We release the critical section in
2128          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2129          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2130          * must detect and handle migration if it has occurred.
2131          */
2132         critical_enter();
2133         cpu = curcpu;
2134         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2135
2136 zalloc_start:
2137         bucket = cache->uc_allocbucket;
2138         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2139                 bucket->ub_cnt--;
2140                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2141 #ifdef INVARIANTS
2142                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2143 #endif
2144                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2145                 cache->uc_allocs++;
2146                 critical_exit();
2147                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2148                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2149                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2150                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2151                         return (NULL);
2152                 }
2153 #ifdef INVARIANTS
2154                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2155 #endif
2156                 if (flags & M_ZERO)
2157                         uma_zero_item(item, zone);
2158                 return (item);
2159         }
2160
2161         /*
2162          * We have run out of items in our alloc bucket.
2163          * See if we can switch with our free bucket.
2164          */
2165         bucket = cache->uc_freebucket;
2166         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2167 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2168                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with alloc.\n");
2169 #endif
2170                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2171                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2172                 goto zalloc_start;
2173         }
2174
2175         /*
2176          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2177          */
2178         bucket = cache->uc_allocbucket;
2179         cache->uc_allocbucket = NULL;
2180         critical_exit();
2181         if (bucket != NULL)
2182                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2183
2184         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2185         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2186                 goto zalloc_item;
2187
2188         /*
2189          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2190          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2191          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2192          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2193          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2194          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2195          * the critical section.
2196          */
2197         lockfail = 0;
2198         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2199                 /* Record contention to size the buckets. */
2200                 ZONE_LOCK(zone);
2201                 lockfail = 1;
2202         }
2203         critical_enter();
2204         cpu = curcpu;
2205         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2206
2207         /*
2208          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2209          */
2210         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2211         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2212         cache->uc_allocs = 0;
2213         cache->uc_frees = 0;
2214
2215         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2216         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2217                 ZONE_UNLOCK(zone);
2218                 goto zalloc_start;
2219         }
2220
2221         /*
2222          * Check the zone's cache of buckets.
2223          */
2224         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2225                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2226                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2227
2228                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2229                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2230                 ZONE_UNLOCK(zone);
2231                 goto zalloc_start;
2232         }
2233         /* We are no longer associated with this CPU. */
2234         critical_exit();
2235
2236         /*
2237          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2238          * handle the working set.
2239          */
2240         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2241                 zone->uz_count++;
2242         ZONE_UNLOCK(zone);
2243
2244         /*
2245          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2246          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2247          * will use the just filled bucket.
2248          */
2249         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2250         if (bucket != NULL) {
2251                 ZONE_LOCK(zone);
2252                 critical_enter();
2253                 cpu = curcpu;
2254                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2255                 /*
2256                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2257                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2258                  * the memory directly.
2259                  */
2260                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2261                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2262                 else
2263                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2264                 ZONE_UNLOCK(zone);
2265                 goto zalloc_start;
2266         }
2267
2268         /*
2269          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2270          */
2271 #ifdef UMA_DEBUG
2272         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
2273 #endif
2274
2275 zalloc_item:
2276         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2277
2278         return (item);
2279 }
2280
2281 static uma_slab_t
2282 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2283 {
2284         uma_slab_t slab;
2285         int reserve;
2286
2287         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2288         slab = NULL;
2289         reserve = 0;
2290         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2291                 reserve = keg->uk_reserve;
2292
2293         for (;;) {
2294                 /*
2295                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2296                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2297                  * fragmentation.
2298                  */
2299                 if (keg->uk_free > reserve) {
2300                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2301                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2302                         } else {
2303                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2304                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2305                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2306                                     us_link);
2307                         }
2308                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2309                         return (slab);
2310                 }
2311
2312                 /*
2313                  * M_NOVM means don't ask at all!
2314                  */
2315                 if (flags & M_NOVM)
2316                         break;
2317
2318                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2319                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2320                         /*
2321                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2322                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2323                          */
2324                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2325                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2326                                 zone_log_warning(zone);
2327                                 zone_maxaction(zone);
2328                         }
2329                         if (flags & M_NOWAIT)
2330                                 break;
2331                         zone->uz_sleeps++;
2332                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2333                         continue;
2334                 }
2335                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2336                 /*
2337                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2338                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2339                  * at least one item.
2340                  */
2341                 if (slab) {
2342                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2343                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2344                         return (slab);
2345                 }
2346                 /*
2347                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2348                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2349                  * fail.
2350                  */
2351                 flags |= M_NOVM;
2352         }
2353         return (slab);
2354 }
2355
2356 static uma_slab_t
2357 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2358 {
2359         uma_slab_t slab;
2360
2361         if (keg == NULL) {
2362                 keg = zone_first_keg(zone);
2363                 KEG_LOCK(keg);
2364         }
2365
2366         for (;;) {
2367                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2368                 if (slab)
2369                         return (slab);
2370                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2371                         break;
2372         }
2373         KEG_UNLOCK(keg);
2374         return (NULL);
2375 }
2376
2377 /*
2378  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2379  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2380  *
2381  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2382  */
2383 static uma_slab_t
2384 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2385 {
2386         uma_klink_t klink;
2387         uma_slab_t slab;
2388         uma_keg_t keg;
2389         int flags;
2390         int empty;
2391         int full;
2392
2393         /*
2394          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2395          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2396          * without blocking.
2397          */
2398         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2399         /*
2400          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2401          * the search.
2402          */
2403         if (last != NULL) {
2404                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2405                 if (slab)
2406                         return (slab);
2407                 KEG_UNLOCK(last);
2408         }
2409         /*
2410          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2411          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2412          * required but we've done it for so long now.
2413          */
2414         for (;;) {
2415                 empty = 0;
2416                 full = 0;
2417                 /*
2418                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2419                  * correct lock while calling into the keg layer.
2420                  */
2421                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2422                         keg = klink->kl_keg;
2423                         KEG_LOCK(keg);
2424                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2425                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2426                                 if (slab)
2427                                         return (slab);
2428                         }
2429                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2430                                 full++;
2431                         else
2432                                 empty++;
2433                         KEG_UNLOCK(keg);
2434                 }
2435                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2436                         break;
2437                 flags = rflags;
2438                 /*
2439                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2440                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2441                  */
2442                 if (full && !empty) {
2443                         ZONE_LOCK(zone);
2444                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2445                         zone->uz_sleeps++;
2446                         zone_log_warning(zone);
2447                         zone_maxaction(zone);
2448                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2449                             "zonelimit", hz/100);
2450                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2451                         ZONE_UNLOCK(zone);
2452                         continue;
2453                 }
2454         }
2455         return (NULL);
2456 }
2457
2458 static void *
2459 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2460 {
2461         void *item;
2462         uint8_t freei;
2463
2464         MPASS(keg == slab->us_keg);
2465         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2466
2467         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2468         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2469         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2470         slab->us_freecount--;
2471         keg->uk_free--;
2472
2473         /* Move this slab to the full list */
2474         if (slab->us_freecount == 0) {
2475                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2476                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2477         }
2478
2479         return (item);
2480 }
2481
2482 static int
2483 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2484 {
2485         uma_slab_t slab;
2486         uma_keg_t keg;
2487         int i;
2488
2489         slab = NULL;
2490         keg = NULL;
2491         /* Try to keep the buckets totally full */
2492         for (i = 0; i < max; ) {
2493                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2494                         break;
2495                 keg = slab->us_keg;
2496                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2497                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2498                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2499                                 break;
2500                 }
2501                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2502                 flags &= ~M_WAITOK;
2503                 flags |= M_NOWAIT;
2504         }
2505         if (slab != NULL)
2506                 KEG_UNLOCK(keg);
2507
2508         return i;
2509 }
2510
2511 static uma_bucket_t
2512 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2513 {
2514         uma_bucket_t bucket;
2515         int max;
2516
2517         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2518         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2519         if (bucket == NULL)
2520                 return (NULL);
2521
2522         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2523         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2524             max, flags);
2525
2526         /*
2527          * Initialize the memory if necessary.
2528          */
2529         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2530                 int i;
2531
2532                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2533                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2534                             flags) != 0)
2535                                 break;
2536                 /*
2537                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2538                  * rest back onto the freelist.
2539                  */
2540                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2541                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2542                             bucket->ub_cnt - i);
2543 #ifdef INVARIANTS
2544                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2545                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2546 #endif
2547                         bucket->ub_cnt = i;
2548                 }
2549         }
2550
2551         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2552                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2553                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2554                 return (NULL);
2555         }
2556
2557         return (bucket);
2558 }
2559
2560 /*
2561  * Allocates a single item from a zone.
2562  *
2563  * Arguments
2564  *      zone   The zone to alloc for.
2565  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2566  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2567  *
2568  * Returns
2569  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2570  *      An item if successful
2571  */
2572
2573 static void *
2574 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2575 {
2576         void *item;
2577
2578         item = NULL;
2579
2580 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2581         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2582 #endif
2583         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2584                 goto fail;
2585         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2586
2587         /*
2588          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2589          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2590          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2591          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2592          */
2593         if (zone->uz_init != NULL) {
2594                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2595                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2596                         goto fail;
2597                 }
2598         }
2599         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2600                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2601                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2602                         goto fail;
2603                 }
2604         }
2605 #ifdef INVARIANTS
2606         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2607 #endif
2608         if (flags & M_ZERO)
2609                 uma_zero_item(item, zone);
2610
2611         return (item);
2612
2613 fail:
2614         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2615         return (NULL);
2616 }
2617
2618 /* See uma.h */
2619 void
2620 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2621 {
2622         uma_cache_t cache;
2623         uma_bucket_t bucket;
2624         int lockfail;
2625         int cpu;
2626
2627         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2628         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2629
2630 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2631         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2632 #endif
2633         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2634             zone->uz_name);
2635
2636         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2637             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
2638
2639         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2640         if (item == NULL)
2641                 return;
2642 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2643         if (is_memguard_addr(item)) {
2644                 if (zone->uz_dtor != NULL)
2645                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2646                 if (zone->uz_fini != NULL)
2647                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2648                 memguard_free(item);
2649                 return;
2650         }
2651 #endif
2652 #ifdef INVARIANTS
2653         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2654                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2655         else
2656                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2657 #endif
2658         if (zone->uz_dtor != NULL)
2659                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2660
2661         /*
2662          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2663          * a little longer for the limits to be reset.
2664          */
2665         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2666                 goto zfree_item;
2667
2668         /*
2669          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2670          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2671          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2672          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2673          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2674          * preemption and migration.  We release the critical section in
2675          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2676          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2677          * detect and handle migration if it has occurred.
2678          */
2679 zfree_restart:
2680         critical_enter();
2681         cpu = curcpu;
2682         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2683
2684 zfree_start:
2685         /*
2686          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2687          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2688          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2689          */
2690         bucket = cache->uc_allocbucket;
2691         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2692                 bucket = cache->uc_freebucket;
2693         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2694                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2695                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2696                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2697                 bucket->ub_cnt++;
2698                 cache->uc_frees++;
2699                 critical_exit();
2700                 return;
2701         }
2702
2703         /*
2704          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2705          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2706          * section.  Since the critical section is released, we may be
2707          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2708          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2709          * the critical section.
2710          */
2711         critical_exit();
2712         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2713                 goto zfree_item;
2714
2715         lockfail = 0;
2716         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2717                 /* Record contention to size the buckets. */
2718                 ZONE_LOCK(zone);
2719                 lockfail = 1;
2720         }
2721         critical_enter();
2722         cpu = curcpu;
2723         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2724
2725         /*
2726          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2727          */
2728         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2729         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2730         cache->uc_allocs = 0;
2731         cache->uc_frees = 0;
2732
2733         bucket = cache->uc_freebucket;
2734         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2735                 ZONE_UNLOCK(zone);
2736                 goto zfree_start;
2737         }
2738         cache->uc_freebucket = NULL;
2739         /* We are no longer associated with this CPU. */
2740         critical_exit();
2741
2742         /* Can we throw this on the zone full list? */
2743         if (bucket != NULL) {
2744 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2745                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2746 #endif
2747                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2748                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2749                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2750                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2751         }
2752
2753         /*
2754          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2755          * handle the working set.
2756          */
2757         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2758                 zone->uz_count++;
2759         ZONE_UNLOCK(zone);
2760
2761 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2762         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2763 #endif
2764         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2765         if (bucket) {
2766                 critical_enter();
2767                 cpu = curcpu;
2768                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2769                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2770                         cache->uc_freebucket = bucket;
2771                         goto zfree_start;
2772                 }
2773                 /*
2774                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2775                  * critical section to free the bucket.
2776                  */
2777                 critical_exit();
2778                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2779                 goto zfree_restart;
2780         }
2781
2782         /*
2783          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2784          */
2785 zfree_item:
2786         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2787
2788         return;
2789 }
2790
2791 static void
2792 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2793 {
2794         uint8_t freei;
2795
2796         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2797         MPASS(keg == slab->us_keg);
2798
2799         /* Do we need to remove from any lists? */
2800         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2801                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2802                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2803         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2804                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2805                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2806         }
2807
2808         /* Slab management. */
2809         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2810         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2811         slab->us_freecount++;
2812
2813         /* Keg statistics. */
2814         keg->uk_free++;
2815 }
2816
2817 static void
2818 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2819 {
2820         void *item;
2821         uma_slab_t slab;
2822         uma_keg_t keg;
2823         uint8_t *mem;
2824         int clearfull;
2825         int i;
2826
2827         clearfull = 0;
2828         keg = zone_first_keg(zone);
2829         KEG_LOCK(keg);
2830         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2831                 item = bucket[i];
2832                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2833                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2834                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2835                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2836                         } else {
2837                                 mem += keg->uk_pgoff;
2838                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2839                         }
2840                 } else {
2841                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2842                         if (slab->us_keg != keg) {
2843                                 KEG_UNLOCK(keg);
2844                                 keg = slab->us_keg;
2845                                 KEG_LOCK(keg);
2846                         }
2847                 }
2848                 slab_free_item(keg, slab, item);
2849                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2850                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2851                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2852                                 clearfull = 1;
2853                         }
2854
2855                         /* 
2856                          * We can handle one more allocation. Since we're
2857                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2858                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2859                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2860                          * threads etc).
2861                          */
2862                         wakeup(keg);
2863                 }
2864         }
2865         KEG_UNLOCK(keg);
2866         if (clearfull) {
2867                 ZONE_LOCK(zone);
2868                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2869                 wakeup(zone);
2870                 ZONE_UNLOCK(zone);
2871         }
2872
2873 }
2874
2875 /*
2876  * Frees a single item to any zone.
2877  *
2878  * Arguments:
2879  *      zone   The zone to free to
2880  *      item   The item we're freeing
2881  *      udata  User supplied data for the dtor
2882  *      skip   Skip dtors and finis
2883  */
2884 static void
2885 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2886 {
2887
2888 #ifdef INVARIANTS
2889         if (skip == SKIP_NONE) {
2890                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2891                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2892                 else
2893                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2894         }
2895 #endif
2896         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2897                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2898
2899         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2900                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2901
2902         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2903         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2904 }
2905
2906 /* See uma.h */
2907 int
2908 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2909 {
2910         uma_keg_t keg;
2911
2912         keg = zone_first_keg(zone);
2913         if (keg == NULL)
2914                 return (0);
2915         KEG_LOCK(keg);
2916         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2917         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2918                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2919         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2920         KEG_UNLOCK(keg);
2921
2922         return (nitems);
2923 }
2924
2925 /* See uma.h */
2926 int
2927 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2928 {
2929         int nitems;
2930         uma_keg_t keg;
2931
2932         keg = zone_first_keg(zone);
2933         if (keg == NULL)
2934                 return (0);
2935         KEG_LOCK(keg);
2936         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2937         KEG_UNLOCK(keg);
2938
2939         return (nitems);
2940 }
2941
2942 /* See uma.h */
2943 void
2944 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2945 {
2946
2947         ZONE_LOCK(zone);
2948         zone->uz_warning = warning;
2949         ZONE_UNLOCK(zone);
2950 }
2951
2952 /* See uma.h */
2953 void
2954 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
2955 {
2956
2957         ZONE_LOCK(zone);
2958         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
2959         ZONE_UNLOCK(zone);
2960 }
2961
2962 /* See uma.h */
2963 int
2964 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2965 {
2966         int64_t nitems;
2967         u_int i;
2968
2969         ZONE_LOCK(zone);
2970         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2971         CPU_FOREACH(i) {
2972                 /*
2973                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
2974                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
2975                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
2976                  */
2977                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
2978                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
2979         }
2980         ZONE_UNLOCK(zone);
2981
2982         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
2983 }
2984
2985 /* See uma.h */
2986 void
2987 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2988 {
2989         uma_keg_t keg;
2990
2991         keg = zone_first_keg(zone);
2992         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
2993         KEG_LOCK(keg);
2994         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
2995             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
2996         keg->uk_init = uminit;
2997         KEG_UNLOCK(keg);
2998 }
2999
3000 /* See uma.h */
3001 void
3002 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3003 {
3004         uma_keg_t keg;
3005
3006         keg = zone_first_keg(zone);
3007         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3008         KEG_LOCK(keg);
3009         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3010             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3011         keg->uk_fini = fini;
3012         KEG_UNLOCK(keg);
3013 }
3014
3015 /* See uma.h */
3016 void
3017 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3018 {
3019
3020         ZONE_LOCK(zone);
3021         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3022             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3023         zone->uz_init = zinit;
3024         ZONE_UNLOCK(zone);
3025 }
3026
3027 /* See uma.h */
3028 void
3029 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3030 {
3031
3032         ZONE_LOCK(zone);
3033         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3034             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3035         zone->uz_fini = zfini;
3036         ZONE_UNLOCK(zone);
3037 }
3038
3039 /* See uma.h */
3040 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3041 void
3042 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3043 {
3044         uma_keg_t keg;
3045
3046         keg = zone_first_keg(zone);
3047         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3048         KEG_LOCK(keg);
3049         keg->uk_freef = freef;
3050         KEG_UNLOCK(keg);
3051 }
3052
3053 /* See uma.h */
3054 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3055 void
3056 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3057 {
3058         uma_keg_t keg;
3059
3060         keg = zone_first_keg(zone);
3061         KEG_LOCK(keg);
3062         keg->uk_allocf = allocf;
3063         KEG_UNLOCK(keg);
3064 }
3065
3066 /* See uma.h */
3067 void
3068 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3069 {
3070         uma_keg_t keg;
3071
3072         keg = zone_first_keg(zone);
3073         if (keg == NULL)
3074                 return;
3075         KEG_LOCK(keg);
3076         keg->uk_reserve = items;
3077         KEG_UNLOCK(keg);
3078
3079         return;
3080 }
3081
3082 /* See uma.h */
3083 int
3084 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3085 {
3086         uma_keg_t keg;
3087         vm_offset_t kva;
3088         u_int pages;
3089
3090         keg = zone_first_keg(zone);
3091         if (keg == NULL)
3092                 return (0);
3093         pages = count / keg->uk_ipers;
3094
3095         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3096                 pages++;
3097
3098 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3099         if (keg->uk_ppera > 1) {
3100 #else
3101         if (1) {
3102 #endif
3103                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * UMA_SLAB_SIZE);
3104                 if (kva == 0)
3105                         return (0);
3106         } else
3107                 kva = 0;
3108         KEG_LOCK(keg);
3109         keg->uk_kva = kva;
3110         keg->uk_offset = 0;
3111         keg->uk_maxpages = pages;
3112 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3113         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3114 #else
3115         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3116 #endif
3117         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3118         KEG_UNLOCK(keg);
3119
3120         return (1);
3121 }
3122
3123 /* See uma.h */
3124 void
3125 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3126 {
3127         int slabs;
3128         uma_slab_t slab;
3129         uma_keg_t keg;
3130
3131         keg = zone_first_keg(zone);
3132         if (keg == NULL)
3133                 return;
3134         KEG_LOCK(keg);
3135         slabs = items / keg->uk_ipers;
3136         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3137                 slabs++;
3138         while (slabs > 0) {
3139                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3140                 if (slab == NULL)
3141                         break;
3142                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3143                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3144                 slabs--;
3145         }
3146         KEG_UNLOCK(keg);
3147 }
3148
3149 /* See uma.h */
3150 static void
3151 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3152 {
3153
3154 #ifdef UMA_DEBUG
3155         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
3156 #endif
3157         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3158         bucket_enable();
3159         zone_foreach(zone_drain);
3160         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3161                 cache_drain_safe(NULL);
3162                 zone_foreach(zone_drain);
3163         }
3164         /*
3165          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3166          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3167          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3168          */
3169         zone_drain(slabzone);
3170         bucket_zone_drain();
3171 }
3172
3173 void
3174 uma_reclaim(void)
3175 {
3176
3177         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3178         uma_reclaim_locked(false);
3179         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3180 }
3181
3182 static int uma_reclaim_needed;
3183
3184 void
3185 uma_reclaim_wakeup(void)
3186 {
3187
3188         uma_reclaim_needed = 1;
3189         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3190 }
3191
3192 void
3193 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3194 {
3195
3196         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3197         for (;;) {
3198                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3199                     "umarcl", 0);
3200                 if (uma_reclaim_needed) {
3201                         uma_reclaim_needed = 0;
3202                         uma_reclaim_locked(true);
3203                 }
3204         }
3205 }
3206
3207 /* See uma.h */
3208 int
3209 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3210 {
3211         int full;
3212
3213         ZONE_LOCK(zone);
3214         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3215         ZONE_UNLOCK(zone);
3216         return (full);  
3217 }
3218
3219 int
3220 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3221 {
3222         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3223 }
3224
3225 void *
3226 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3227 {
3228         void *mem;
3229         uma_slab_t slab;
3230         uint8_t flags;
3231
3232         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3233         if (slab == NULL)
3234                 return (NULL);
3235         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3236         if (mem) {
3237                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3238                 slab->us_data = mem;
3239                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3240                 slab->us_size = size;
3241         } else {
3242                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3243         }
3244
3245         return (mem);
3246 }
3247
3248 void
3249 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3250 {
3251
3252         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3253         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3254 }
3255
3256 static void
3257 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3258 {
3259         int i;
3260
3261         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3262                 CPU_FOREACH(i)
3263                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3264         } else
3265                 bzero(item, zone->uz_size);
3266 }
3267
3268 void
3269 uma_print_stats(void)
3270 {
3271         zone_foreach(uma_print_zone);
3272 }
3273
3274 static void
3275 slab_print(uma_slab_t slab)
3276 {
3277         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3278                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3279 }
3280
3281 static void
3282 cache_print(uma_cache_t cache)
3283 {
3284         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3285                 cache->uc_allocbucket,
3286                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3287                 cache->uc_freebucket,
3288                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3289 }
3290
3291 static void
3292 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3293 {
3294         uma_slab_t slab;
3295
3296         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3297             "out %d free %d limit %d\n",
3298             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3299             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3300             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free,
3301             (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3302         printf("Part slabs:\n");
3303         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3304                 slab_print(slab);
3305         printf("Free slabs:\n");
3306         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3307                 slab_print(slab);
3308         printf("Full slabs:\n");
3309         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3310                 slab_print(slab);
3311 }
3312
3313 void
3314 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3315 {
3316         uma_cache_t cache;
3317         uma_klink_t kl;
3318         int i;
3319
3320         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3321             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3322         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3323                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3324         CPU_FOREACH(i) {
3325                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3326                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3327                 cache_print(cache);
3328         }
3329 }
3330
3331 #ifdef DDB
3332 /*
3333  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3334  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3335  *
3336  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3337  * per-CPU cache statistic.
3338  *
3339  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3340  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3341  * directly so that we don't have to.
3342  */
3343 static void
3344 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3345     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3346 {
3347         uma_cache_t cache;
3348         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3349         int cachefree, cpu;
3350
3351         allocs = frees = sleeps = 0;
3352         cachefree = 0;
3353         CPU_FOREACH(cpu) {
3354                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3355                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3356                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3357                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3358                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3359                 allocs += cache->uc_allocs;
3360                 frees += cache->uc_frees;
3361         }
3362         allocs += z->uz_allocs;
3363         frees += z->uz_frees;
3364         sleeps += z->uz_sleeps;
3365         if (cachefreep != NULL)
3366                 *cachefreep = cachefree;
3367         if (allocsp != NULL)
3368                 *allocsp = allocs;
3369         if (freesp != NULL)
3370                 *freesp = frees;
3371         if (sleepsp != NULL)
3372                 *sleepsp = sleeps;
3373 }
3374 #endif /* DDB */
3375
3376 static int
3377 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3378 {
3379         uma_keg_t kz;
3380         uma_zone_t z;
3381         int count;
3382
3383         count = 0;
3384         rw_rlock(&uma_rwlock);
3385         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3386                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3387                         count++;
3388         }
3389         rw_runlock(&uma_rwlock);
3390         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3391 }
3392
3393 static int
3394 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3395 {
3396         struct uma_stream_header ush;
3397         struct uma_type_header uth;
3398         struct uma_percpu_stat ups;
3399         uma_bucket_t bucket;
3400         struct sbuf sbuf;
3401         uma_cache_t cache;
3402         uma_klink_t kl;
3403         uma_keg_t kz;
3404         uma_zone_t z;
3405         uma_keg_t k;
3406         int count, error, i;
3407
3408         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3409         if (error != 0)
3410                 return (error);
3411         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3412         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3413
3414         count = 0;
3415         rw_rlock(&uma_rwlock);
3416         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3417                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3418                         count++;
3419         }
3420
3421         /*
3422          * Insert stream header.
3423          */
3424         bzero(&ush, sizeof(ush));
3425         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3426         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3427         ush.ush_count = count;
3428         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3429
3430         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3431                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3432                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3433                         ZONE_LOCK(z);
3434                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3435                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3436                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3437                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3438                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3439                                 k = kl->kl_keg;
3440                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3441                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3442                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3443                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3444                                     * k->uk_ipers;
3445                         }
3446
3447                         /*
3448                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3449                          * on the keg's zone list.
3450                          */
3451                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3452                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3453                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3454
3455                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3456                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3457                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3458                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3459                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3460                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3461                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3462                         /*
3463                          * While it is not normally safe to access the cache
3464                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3465                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3466                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3467                          * accept the possible race associated with bucket
3468                          * exchange during monitoring.
3469                          */
3470                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3471                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3472                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3473                                         goto skip;
3474                                 if (CPU_ABSENT(i))
3475                                         goto skip;
3476                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3477                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3478                                         ups.ups_cache_free +=
3479                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3480                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3481                                         ups.ups_cache_free +=
3482                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3483                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3484                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3485 skip:
3486                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3487                         }
3488                         ZONE_UNLOCK(z);
3489                 }
3490         }
3491         rw_runlock(&uma_rwlock);
3492         error = sbuf_finish(&sbuf);
3493         sbuf_delete(&sbuf);
3494         return (error);
3495 }
3496
3497 int
3498 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3499 {
3500         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3501         int error, max;
3502
3503         max = uma_zone_get_max(zone);
3504         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3505         if (error || !req->newptr)
3506                 return (error);
3507
3508         uma_zone_set_max(zone, max);
3509
3510         return (0);
3511 }
3512
3513 int
3514 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3515 {
3516         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3517         int cur;
3518
3519         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3520         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3521 }
3522
3523 #ifdef INVARIANTS
3524 static uma_slab_t
3525 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
3526 {
3527         uma_slab_t slab;
3528         uma_keg_t keg;
3529         uint8_t *mem;
3530
3531         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3532         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
3533                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
3534         } else {
3535                 /*
3536                  * It is safe to return the slab here even though the
3537                  * zone is unlocked because the item's allocation state
3538                  * essentially holds a reference.
3539                  */
3540                 ZONE_LOCK(zone);
3541                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
3542                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
3543                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3544                 else
3545                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
3546                 ZONE_UNLOCK(zone);
3547         }
3548
3549         return (slab);
3550 }
3551
3552 /*
3553  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
3554  *
3555  */
3556 static void
3557 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3558 {
3559         uma_keg_t keg;
3560         int freei;
3561
3562         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3563                 return;
3564         if (slab == NULL) {
3565                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3566                 if (slab == NULL) 
3567                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
3568                             item, zone->uz_name);
3569         }
3570         keg = slab->us_keg;
3571         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3572
3573         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3574                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3575                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3576         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3577
3578         return;
3579 }
3580
3581 /*
3582  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
3583  * and duplicate frees.
3584  *
3585  */
3586 static void
3587 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3588 {
3589         uma_keg_t keg;
3590         int freei;
3591
3592         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3593                 return;
3594         if (slab == NULL) {
3595                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3596                 if (slab == NULL) 
3597                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
3598                             item, zone->uz_name);
3599         }
3600         keg = slab->us_keg;
3601         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3602
3603         if (freei >= keg->uk_ipers)
3604                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3605                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3606
3607         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item) 
3608                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3609                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3610
3611         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3612                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3613                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3614
3615         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3616 }
3617 #endif /* INVARIANTS */
3618
3619 #ifdef DDB
3620 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3621 {
3622         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3623         uma_bucket_t bucket;
3624         uma_keg_t kz;
3625         uma_zone_t z;
3626         int cachefree;
3627
3628         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3629             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3630         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3631                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3632                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3633                                 allocs = z->uz_allocs;
3634                                 frees = z->uz_frees;
3635                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3636                                 cachefree = 0;
3637                         } else
3638                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3639                                     &frees, &sleeps);
3640                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3641                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3642                                 cachefree += kz->uk_free;
3643                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3644                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3645                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3646                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3647                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3648                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3649                         if (db_pager_quit)
3650                                 return;
3651                 }
3652         }
3653 }
3654
3655 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3656 {
3657         uint64_t allocs, frees;
3658         uma_bucket_t bucket;
3659         uma_zone_t z;
3660         int cachefree;
3661
3662         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3663             "Requests", "Bucket");
3664         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3665                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3666                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3667                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3668                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3669                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3670                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3671                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3672                 if (db_pager_quit)
3673                         return;
3674         }
3675 }
3676 #endif  /* DDB */