sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/smp.h>
  79 #include <sys/taskqueue.h>
  80 #include <sys/vmmeter.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_domainset.h>
  84 #include <vm/vm_object.h>
  85 #include <vm/vm_page.h>
  86 #include <vm/vm_pageout.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_phys.h>
  89 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_extern.h>
  93 #include <vm/uma.h>
  94 #include <vm/uma_int.h>
  95 #include <vm/uma_dbg.h>
  96
  97 #include <ddb/ddb.h>
  98
  99 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 100 #include <vm/memguard.h>
 101 #endif
 102
 103 /*
 104  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 105  */
 106 static uma_zone_t kegs;
 107 static uma_zone_t zones;
 108
 109 /* This is the zone from which all offpage uma_slab_ts are allocated. */
 110 static uma_zone_t slabzone;
 111
 112 /*
 113  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 114  * prior to malloc coming up.
 115  */
 116 static uma_zone_t hashzone;
 117
 118 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 119 int uma_align_cache = 64 - 1;
 120
 121 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 122
 123 /*
 124  * Are we allowed to allocate buckets?
 125  */
 126 static int bucketdisable = 1;
 127
 128 /* Linked list of all kegs in the system */
 129 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 130
 131 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 132 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 133     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 134
 135 /* This RW lock protects the keg list */
 136 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 137
 138 /*
 139  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
 140  * startup to bootstrap UMA.
 141  */
 142 static char *bootmem;
 143 static int boot_pages;
 144
 145 static struct sx uma_drain_lock;
 146
 147 /* kmem soft limit. */
 148 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 149 static volatile unsigned long uma_kmem_total;
 150
 151 /* Is the VM done starting up? */
 152 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 153     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 154
 155 /*
 156  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 157  * outside of the allocation fast path.
 158  */
 159 static struct callout uma_callout;
 160 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 161
 162 /*
 163  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 164  * a special allocation function just for zones.
 165  */
 166 struct uma_zctor_args {
 167         const char *name;
 168         size_t size;
 169         uma_ctor ctor;
 170         uma_dtor dtor;
 171         uma_init uminit;
 172         uma_fini fini;
 173         uma_import import;
 174         uma_release release;
 175         void *arg;
 176         uma_keg_t keg;
 177         int align;
 178         uint32_t flags;
 179 };
 180
 181 struct uma_kctor_args {
 182         uma_zone_t zone;
 183         size_t size;
 184         uma_init uminit;
 185         uma_fini fini;
 186         int align;
 187         uint32_t flags;
 188 };
 189
 190 struct uma_bucket_zone {
 191         uma_zone_t      ubz_zone;
 192         char            *ubz_name;
 193         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 194         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 195 };
 196
 197 /*
 198  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 199  * of two sizes for more efficient space utilization.
 200  */
 201 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 202     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 203
 204 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 205
 206 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 207         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 208         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 209         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 210         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 211         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 212         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 213         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 214         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 215         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 216         { NULL, NULL, 0}
 217 };
 218
 219 /*
 220  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 221  */
 222 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
 223
 224 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 225
 226 /* Prototypes.. */
 227
 228 int     uma_startup_count(int);
 229 void    uma_startup(void *, int);
 230 void    uma_startup1(void);
 231 void    uma_startup2(void);
 232
 233 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 234 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 235 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 236 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 237 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 238 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 239 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int);
 240 static void cache_drain(uma_zone_t);
 241 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 242 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 243 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 244 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 245 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 246 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 247 static int zero_init(void *, int, int);
 248 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 249 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 250 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 251 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 252 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
 253 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 254 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 255 static void uma_timeout(void *);
 256 static void uma_startup3(void);
 257 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 258 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 259 static void bucket_enable(void);
 260 static void bucket_init(void);
 261 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 262 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 263 static void bucket_zone_drain(void);
 264 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 265 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 266 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 267 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 268 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
 269 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 270     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 271 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 272 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 273 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 274
 275 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 276 void uma_print_stats(void);
 277 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 278 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 279
 280 #ifdef INVARIANTS
 281 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 282 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 283 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 284 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 285
 286 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 287     "Memory allocation debugging");
 288
 289 static u_int dbg_divisor = 1;
 290 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 291     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 292     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 293
 294 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 295 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 296 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 297     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 298 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 299     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 300 #endif
 301
 302 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 303
 304 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 305     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 306
 307 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 308     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 309
 310 static int zone_warnings = 1;
 311 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 312     "Warn when UMA zones becomes full");
 313
 314 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 315 static inline void
 316 uma_total_dec(unsigned long size)
 317 {
 318
 319         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 320 }
 321
 322 static inline void
 323 uma_total_inc(unsigned long size)
 324 {
 325
 326         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 327                 uma_reclaim_wakeup();
 328 }
 329
 330 /*
 331  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 332  */
 333 static void
 334 bucket_enable(void)
 335 {
 336         bucketdisable = vm_page_count_min();
 337 }
 338
 339 /*
 340  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 341  *
 342  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 343  * of the header and an array of pointers.
 344  */
 345 static void
 346 bucket_init(void)
 347 {
 348         struct uma_bucket_zone *ubz;
 349         int size;
 350
 351         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 352                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 353                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 354                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 355                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 356                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 357         }
 358 }
 359
 360 /*
 361  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 362  * to allocate the bucket.
 363  */
 364 static struct uma_bucket_zone *
 365 bucket_zone_lookup(int entries)
 366 {
 367         struct uma_bucket_zone *ubz;
 368
 369         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 370                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 371                         return (ubz);
 372         ubz--;
 373         return (ubz);
 374 }
 375
 376 static int
 377 bucket_select(int size)
 378 {
 379         struct uma_bucket_zone *ubz;
 380
 381         ubz = &bucket_zones[0];
 382         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 383                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 384
 385         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 386                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 387                         break;
 388         ubz--;
 389         return (ubz->ubz_entries);
 390 }
 391
 392 static uma_bucket_t
 393 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 394 {
 395         struct uma_bucket_zone *ubz;
 396         uma_bucket_t bucket;
 397
 398         /*
 399          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 400          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 401          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 402          * low memory situations.
 403          */
 404         if (bucketdisable)
 405                 return (NULL);
 406         /*
 407          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 408          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 409          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 410          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 411          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 412          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 413          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 414          * free path.
 415          */
 416         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 417                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 418         else {
 419                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 420                         return (NULL);
 421                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 422         }
 423         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 424                 flags |= M_NOVM;
 425         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 426         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 427                 ubz++;
 428         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 429         if (bucket) {
 430 #ifdef INVARIANTS
 431                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 432 #endif
 433                 bucket->ub_cnt = 0;
 434                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 435         }
 436
 437         return (bucket);
 438 }
 439
 440 static void
 441 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 442 {
 443         struct uma_bucket_zone *ubz;
 444
 445         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 446             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 447         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 448                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 449         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 450         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 451 }
 452
 453 static void
 454 bucket_zone_drain(void)
 455 {
 456         struct uma_bucket_zone *ubz;
 457
 458         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 459                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 460 }
 461
 462 static void
 463 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 464 {
 465         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 466
 467         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 468                 return;
 469
 470         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 471                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 472 }
 473
 474 static inline void
 475 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 476 {
 477
 478         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 479                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 480 }
 481
 482 static void
 483 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
 484 {
 485         uma_klink_t klink;
 486
 487         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
 488                 kegfn(klink->kl_keg);
 489 }
 490
 491 /*
 492  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 493  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 494  *
 495  * Arguments:
 496  *      arg   Unused
 497  *
 498  * Returns:
 499  *      Nothing
 500  */
 501 static void
 502 uma_timeout(void *unused)
 503 {
 504         bucket_enable();
 505         zone_foreach(zone_timeout);
 506
 507         /* Reschedule this event */
 508         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 509 }
 510
 511 /*
 512  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 513  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 514  *
 515  *  Returns nothing.
 516  */
 517 static void
 518 keg_timeout(uma_keg_t keg)
 519 {
 520
 521         KEG_LOCK(keg);
 522         /*
 523          * Expand the keg hash table.
 524          *
 525          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 526          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 527          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 528          */
 529         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 530             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 531                 struct uma_hash newhash;
 532                 struct uma_hash oldhash;
 533                 int ret;
 534
 535                 /*
 536                  * This is so involved because allocating and freeing
 537                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 538                  * I have to do everything in stages and check for
 539                  * races.
 540                  */
 541                 newhash = keg->uk_hash;
 542                 KEG_UNLOCK(keg);
 543                 ret = hash_alloc(&newhash);
 544                 KEG_LOCK(keg);
 545                 if (ret) {
 546                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 547                                 oldhash = keg->uk_hash;
 548                                 keg->uk_hash = newhash;
 549                         } else
 550                                 oldhash = newhash;
 551
 552                         KEG_UNLOCK(keg);
 553                         hash_free(&oldhash);
 554                         return;
 555                 }
 556         }
 557         KEG_UNLOCK(keg);
 558 }
 559
 560 static void
 561 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 562 {
 563
 564         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
 565 }
 566
 567 /*
 568  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 569  * backing store.
 570  *
 571  * Arguments:
 572  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 573  *
 574  * Returns:
 575  *      1 on success and 0 on failure.
 576  */
 577 static int
 578 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
 579 {
 580         int oldsize;
 581         int alloc;
 582
 583         oldsize = hash->uh_hashsize;
 584
 585         /* We're just going to go to a power of two greater */
 586         if (oldsize)  {
 587                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
 588                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 589                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 590                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 591         } else {
 592                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 593                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 594                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 595                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 596         }
 597         if (hash->uh_slab_hash) {
 598                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 599                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 600                 return (1);
 601         }
 602
 603         return (0);
 604 }
 605
 606 /*
 607  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 608  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 609  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 610  *
 611  * Arguments:
 612  *      oldhash  The hash you want to expand
 613  *      newhash  The hash structure for the new table
 614  *
 615  * Returns:
 616  *      Nothing
 617  *
 618  * Discussion:
 619  */
 620 static int
 621 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 622 {
 623         uma_slab_t slab;
 624         int hval;
 625         int i;
 626
 627         if (!newhash->uh_slab_hash)
 628                 return (0);
 629
 630         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 631                 return (0);
 632
 633         /*
 634          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 635          * full rehash.
 636          */
 637
 638         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
 639                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
 640                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
 641                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
 642                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 643                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 644                             slab, us_hlink);
 645                 }
 646
 647         return (1);
 648 }
 649
 650 /*
 651  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 652  *
 653  * Arguments:
 654  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 655  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 656  *
 657  * Returns:
 658  *      Nothing
 659  */
 660 static void
 661 hash_free(struct uma_hash *hash)
 662 {
 663         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 664                 return;
 665         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 666                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 667         else
 668                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 669 }
 670
 671 /*
 672  * Frees all outstanding items in a bucket
 673  *
 674  * Arguments:
 675  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 676  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 677  *
 678  * Returns:
 679  *      Nothing
 680  */
 681
 682 static void
 683 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 684 {
 685         int i;
 686
 687         if (bucket == NULL)
 688                 return;
 689
 690         if (zone->uz_fini)
 691                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 692                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 693         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 694         bucket->ub_cnt = 0;
 695 }
 696
 697 /*
 698  * Drains the per cpu caches for a zone.
 699  *
 700  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 701  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 702  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 703  *
 704  * Arguments:
 705  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 706  *
 707  * Returns:
 708  *      Nothing
 709  */
 710 static void
 711 cache_drain(uma_zone_t zone)
 712 {
 713         uma_cache_t cache;
 714         int cpu;
 715
 716         /*
 717          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 718          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 719          * of the caches at this point.
 720          *
 721          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 722          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 723          *
 724          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 725          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 726          * there in some form?
 727          */
 728         CPU_FOREACH(cpu) {
 729                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 730                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 731                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 732                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 733                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 734                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 735                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 736                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 737         }
 738         ZONE_LOCK(zone);
 739         bucket_cache_drain(zone);
 740         ZONE_UNLOCK(zone);
 741 }
 742
 743 static void
 744 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 745 {
 746
 747         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 748                 return;
 749
 750         ZONE_LOCK(zone);
 751         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 752         ZONE_UNLOCK(zone);
 753 }
 754
 755 static void
 756 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 757 {
 758         uma_cache_t cache;
 759         uma_bucket_t b1, b2;
 760         int domain;
 761
 762         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 763                 return;
 764
 765         b1 = b2 = NULL;
 766         ZONE_LOCK(zone);
 767         critical_enter();
 768         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 769                 domain = PCPU_GET(domain);
 770         else
 771                 domain = 0;
 772         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 773         if (cache->uc_allocbucket) {
 774                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 775                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_domain[domain].uzd_buckets,
 776                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
 777                 else
 778                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 779                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 780         }
 781         if (cache->uc_freebucket) {
 782                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 783                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_domain[domain].uzd_buckets,
 784                             cache->uc_freebucket, ub_link);
 785                 else
 786                         b2 = cache->uc_freebucket;
 787                 cache->uc_freebucket = NULL;
 788         }
 789         critical_exit();
 790         ZONE_UNLOCK(zone);
 791         if (b1)
 792                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 793         if (b2)
 794                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 795 }
 796
 797 /*
 798  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 799  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 800  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 801  * to safely access their cache buckets.
 802  * Zone lock must not be held on call this function.
 803  */
 804 static void
 805 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 806 {
 807         int cpu;
 808
 809         /*
 810          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 811          */
 812         if (zone)
 813                 cache_shrink(zone);
 814         else
 815                 zone_foreach(cache_shrink);
 816
 817         CPU_FOREACH(cpu) {
 818                 thread_lock(curthread);
 819                 sched_bind(curthread, cpu);
 820                 thread_unlock(curthread);
 821
 822                 if (zone)
 823                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 824                 else
 825                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 826         }
 827         thread_lock(curthread);
 828         sched_unbind(curthread);
 829         thread_unlock(curthread);
 830 }
 831
 832 /*
 833  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 834  */
 835 static void
 836 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 837 {
 838         uma_zone_domain_t zdom;
 839         uma_bucket_t bucket;
 840         int i;
 841
 842         /*
 843          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 844          */
 845         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 846                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 847                 while ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 848                         LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 849                         ZONE_UNLOCK(zone);
 850                         bucket_drain(zone, bucket);
 851                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 852                         ZONE_LOCK(zone);
 853                 }
 854         }
 855
 856         /*
 857          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 858          * is probably lower then price of global cache drain.
 859          */
 860         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 861                 zone->uz_count--;
 862 }
 863
 864 static void
 865 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 866 {
 867         uint8_t *mem;
 868         int i;
 869         uint8_t flags;
 870
 871         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 872             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 873
 874         mem = slab->us_data;
 875         flags = slab->us_flags;
 876         i = start;
 877         if (keg->uk_fini != NULL) {
 878                 for (i--; i > -1; i--)
 879 #ifdef INVARIANTS
 880                 /*
 881                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 882                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 883                  * which executed trash_dtor.
 884                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 885                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 886                  * invocations.
 887                  */
 888                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 889                     keg->uk_fini != trash_fini)
 890 #endif
 891                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 892                             keg->uk_size);
 893         }
 894         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 895                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 896         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 897         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 898 }
 899
 900 /*
 901  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 902  * the pageout daemon.
 903  *
 904  * Returns nothing.
 905  */
 906 static void
 907 keg_drain(uma_keg_t keg)
 908 {
 909         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 910         uma_domain_t dom;
 911         uma_slab_t slab, tmp;
 912         int i;
 913
 914         /*
 915          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 916          * time
 917          */
 918         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 919                 return;
 920
 921         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 922             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 923         KEG_LOCK(keg);
 924         if (keg->uk_free == 0)
 925                 goto finished;
 926
 927         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 928                 dom = &keg->uk_domain[i];
 929                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 930                         /* We have nowhere to free these to. */
 931                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 932                                 continue;
 933
 934                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
 935                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
 936                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
 937
 938                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
 939                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
 940                                     slab->us_data);
 941
 942                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
 943                 }
 944         }
 945
 946 finished:
 947         KEG_UNLOCK(keg);
 948
 949         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
 950                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
 951                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
 952         }
 953 }
 954
 955 static void
 956 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
 957 {
 958
 959         /*
 960          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
 961          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
 962          * is the only call that knows the structure will still be available
 963          * when it wakes up.
 964          */
 965         ZONE_LOCK(zone);
 966         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
 967                 if (waitok == M_NOWAIT)
 968                         goto out;
 969                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
 970         }
 971         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
 972         bucket_cache_drain(zone);
 973         ZONE_UNLOCK(zone);
 974         /*
 975          * The DRAINING flag protects us from being freed while
 976          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
 977          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
 978          */
 979         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
 980         ZONE_LOCK(zone);
 981         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
 982         wakeup(zone);
 983 out:
 984         ZONE_UNLOCK(zone);
 985 }
 986
 987 void
 988 zone_drain(uma_zone_t zone)
 989 {
 990
 991         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
 992 }
 993
 994 /*
 995  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
 996  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
 997  * otherwise the keg will be left unlocked.
 998  *
 999  * Arguments:
1000  *      wait  Shall we wait?
1001  *
1002  * Returns:
1003  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1004  *      caller specified M_NOWAIT.
1005  */
1006 static uma_slab_t
1007 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int wait)
1008 {
1009         uma_alloc allocf;
1010         uma_slab_t slab;
1011         unsigned long size;
1012         uint8_t *mem;
1013         uint8_t flags;
1014         int i;
1015
1016         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1017             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1018         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
1019
1020         allocf = keg->uk_allocf;
1021         KEG_UNLOCK(keg);
1022
1023         slab = NULL;
1024         mem = NULL;
1025         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1026                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, wait);
1027                 if (slab == NULL)
1028                         goto out;
1029         }
1030
1031         /*
1032          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1033          * first time they are added to a zone.
1034          *
1035          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1036          */
1037
1038         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1039                 wait |= M_ZERO;
1040         else
1041                 wait &= ~M_ZERO;
1042
1043         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1044                 wait |= M_NODUMP;
1045
1046         /* zone is passed for legacy reasons. */
1047         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1048         mem = allocf(zone, size, domain, &flags, wait);
1049         if (mem == NULL) {
1050                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1051                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1052                 slab = NULL;
1053                 goto out;
1054         }
1055         uma_total_inc(size);
1056
1057         /* Point the slab into the allocated memory */
1058         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1059                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1060
1061         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1062                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1063                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1064
1065         slab->us_keg = keg;
1066         slab->us_data = mem;
1067         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1068         slab->us_flags = flags;
1069         slab->us_domain = domain;
1070         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1071 #ifdef INVARIANTS
1072         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1073 #endif
1074
1075         if (keg->uk_init != NULL) {
1076                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1077                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1078                             keg->uk_size, wait) != 0)
1079                                 break;
1080                 if (i != keg->uk_ipers) {
1081                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1082                         slab = NULL;
1083                         goto out;
1084                 }
1085         }
1086         KEG_LOCK(keg);
1087
1088         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1089             slab, keg->uk_name, keg);
1090
1091         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1092                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1093
1094         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1095         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1096
1097 out:
1098         return (slab);
1099 }
1100
1101 /*
1102  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1103  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1104  * the VM is ready.
1105  */
1106 static void *
1107 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1108     int wait)
1109 {
1110         uma_keg_t keg;
1111         void *mem;
1112         int pages;
1113
1114         keg = zone_first_keg(zone);
1115
1116         /*
1117          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1118          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1119          */
1120         switch (booted) {
1121                 case BOOT_COLD:
1122                 case BOOT_STRAPPED:
1123                         break;
1124                 case BOOT_PAGEALLOC:
1125                         if (keg->uk_ppera > 1)
1126                                 break;
1127                 case BOOT_BUCKETS:
1128                 case BOOT_RUNNING:
1129 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1130                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1131                             page_alloc : uma_small_alloc;
1132 #else
1133                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1134 #endif
1135                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1136         }
1137
1138         /*
1139          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1140          */
1141         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1142         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1143         if (pages > boot_pages)
1144                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1145 #ifdef DIAGNOSTIC
1146         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1147             boot_pages);
1148 #endif
1149         mem = bootmem;
1150         boot_pages -= pages;
1151         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1152         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1153
1154         return (mem);
1155 }
1156
1157 /*
1158  * Allocates a number of pages from the system
1159  *
1160  * Arguments:
1161  *      bytes  The number of bytes requested
1162  *      wait  Shall we wait?
1163  *
1164  * Returns:
1165  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1166  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1167  */
1168 static void *
1169 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1170     int wait)
1171 {
1172         void *p;        /* Returned page */
1173
1174         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1175         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1176
1177         return (p);
1178 }
1179
1180 static void *
1181 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1182     int wait)
1183 {
1184         struct pglist alloctail;
1185         vm_offset_t addr, zkva;
1186         int cpu, flags;
1187         vm_page_t p, p_next;
1188 #ifdef NUMA
1189         struct pcpu *pc;
1190 #endif
1191
1192         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1193
1194         TAILQ_INIT(&alloctail);
1195         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1196             malloc2vm_flags(wait);
1197         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1198         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1199                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1200                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1201                 } else {
1202 #ifndef NUMA
1203                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1204 #else
1205                         pc = pcpu_find(cpu);
1206                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1207                         if (__predict_false(p == NULL))
1208                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1209 #endif
1210                 }
1211                 if (__predict_false(p == NULL))
1212                         goto fail;
1213                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1214         }
1215         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1216                 goto fail;
1217         zkva = addr;
1218         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1219                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1220                 zkva += PAGE_SIZE;
1221         }
1222         return ((void*)addr);
1223  fail:
1224         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1225                 vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1226                 vm_page_free(p);
1227         }
1228         return (NULL);
1229 }
1230
1231 /*
1232  * Allocates a number of pages from within an object
1233  *
1234  * Arguments:
1235  *      bytes  The number of bytes requested
1236  *      wait   Shall we wait?
1237  *
1238  * Returns:
1239  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1240  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1241  */
1242 static void *
1243 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1244     int wait)
1245 {
1246         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1247         u_long npages;
1248         vm_offset_t retkva, zkva;
1249         vm_page_t p, p_next;
1250         uma_keg_t keg;
1251
1252         TAILQ_INIT(&alloctail);
1253         keg = zone_first_keg(zone);
1254
1255         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1256         while (npages > 0) {
1257                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1258                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1259                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1260                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1261                 if (p != NULL) {
1262                         /*
1263                          * Since the page does not belong to an object, its
1264                          * listq is unused.
1265                          */
1266                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1267                         npages--;
1268                         continue;
1269                 }
1270                 /*
1271                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1272                  * exit.
1273                  */
1274                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1275                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1276                         vm_page_free(p);
1277                 }
1278                 return (NULL);
1279         }
1280         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1281         zkva = keg->uk_kva +
1282             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1283         retkva = zkva;
1284         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1285                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1286                 zkva += PAGE_SIZE;
1287         }
1288
1289         return ((void *)retkva);
1290 }
1291
1292 /*
1293  * Frees a number of pages to the system
1294  *
1295  * Arguments:
1296  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1297  *      size  The size of the memory being freed
1298  *      flags The original p->us_flags field
1299  *
1300  * Returns:
1301  *      Nothing
1302  */
1303 static void
1304 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1305 {
1306
1307         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1308                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1309
1310         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1311 }
1312
1313 /*
1314  * Frees pcpu zone allocations
1315  *
1316  * Arguments:
1317  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1318  *      size  The size of the memory being freed
1319  *      flags The original p->us_flags field
1320  *
1321  * Returns:
1322  *      Nothing
1323  */
1324 static void
1325 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1326 {
1327         vm_offset_t sva, curva;
1328         vm_paddr_t paddr;
1329         vm_page_t m;
1330
1331         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1332         sva = (vm_offset_t)mem;
1333         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1334                 paddr = pmap_kextract(curva);
1335                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1336                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
1337                 vm_page_free(m);
1338         }
1339         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1340         kva_free(sva, size);
1341 }
1342
1343
1344 /*
1345  * Zero fill initializer
1346  *
1347  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1348  */
1349 static int
1350 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1351 {
1352         bzero(mem, size);
1353         return (0);
1354 }
1355
1356 /*
1357  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1358  *
1359  * Arguments
1360  *      keg  The zone we should initialize
1361  *
1362  * Returns
1363  *      Nothing
1364  */
1365 static void
1366 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1367 {
1368         u_int rsize;
1369         u_int memused;
1370         u_int wastedspace;
1371         u_int shsize;
1372         u_int slabsize;
1373
1374         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1375                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1376
1377                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1378                 keg->uk_ppera = ncpus;
1379         } else {
1380                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1381                 keg->uk_ppera = 1;
1382         }
1383
1384         /*
1385          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1386          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1387          * allocation bits for we round it up.
1388          */
1389         rsize = keg->uk_size;
1390         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1391                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1392         if (rsize & keg->uk_align)
1393                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1394         keg->uk_rsize = rsize;
1395
1396         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1397             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1398             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1399
1400         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1401                 shsize = 0;
1402         else
1403                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1404
1405         if (rsize <= slabsize - shsize)
1406                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1407         else {
1408                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1409                  * alignment requirement can be relaxed. */
1410                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1411                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1412                 keg->uk_ipers = 1;
1413         }
1414         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1415             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1416
1417         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1418         wastedspace = slabsize - memused;
1419
1420         /*
1421          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1422          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1423          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1424          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1425          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1426          */
1427         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1428             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1429                 return;
1430
1431         /*
1432          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1433          * this if it permits more items per-slab.
1434          *
1435          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1436          * Historically this was not done because the VM could not
1437          * efficiently handle contiguous allocations.
1438          */
1439         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1440             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1441                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1442                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1443                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1444                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1445                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1446                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1447                     "calculated ipers = %d, "
1448                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1449                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1450                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1451                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1452         }
1453
1454         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1455             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1456                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1457 }
1458
1459 /*
1460  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1461  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1462  * more complicated.
1463  *
1464  * Arguments
1465  *      keg  The keg we should initialize
1466  *
1467  * Returns
1468  *      Nothing
1469  */
1470 static void
1471 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1472 {
1473         u_int shsize;
1474
1475         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1476         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1477             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1478         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1479             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1480
1481         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1482         keg->uk_ipers = 1;
1483         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1484
1485         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1486         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1487                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1488                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1489                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1490                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1491
1492                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1493                         /*
1494                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1495                          * we need an extra page per allocation to contain the
1496                          * slab header.
1497                          */
1498                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1499                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1500                         else
1501                                 keg->uk_ppera++;
1502                 }
1503         }
1504
1505         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1506             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1507                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1508 }
1509
1510 static void
1511 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1512 {
1513         int alignsize;
1514         int trailer;
1515         int pages;
1516         int rsize;
1517
1518         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1519             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1520
1521         alignsize = keg->uk_align + 1;
1522         rsize = keg->uk_size;
1523         /*
1524          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1525          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1526          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1527          * would fall on the same boundary every time.
1528          */
1529         if (rsize & keg->uk_align)
1530                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1531         if ((rsize & alignsize) == 0)
1532                 rsize += alignsize;
1533         trailer = rsize - keg->uk_size;
1534         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1535         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1536         keg->uk_rsize = rsize;
1537         keg->uk_ppera = pages;
1538         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1539         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1540         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1541             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1542             keg->uk_ipers));
1543 }
1544
1545 /*
1546  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1547  * the keg onto the global keg list.
1548  *
1549  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1550  *      udata  Actually uma_kctor_args
1551  */
1552 static int
1553 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1554 {
1555         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1556         uma_keg_t keg = mem;
1557         uma_zone_t zone;
1558
1559         bzero(keg, size);
1560         keg->uk_size = arg->size;
1561         keg->uk_init = arg->uminit;
1562         keg->uk_fini = arg->fini;
1563         keg->uk_align = arg->align;
1564         keg->uk_free = 0;
1565         keg->uk_reserve = 0;
1566         keg->uk_pages = 0;
1567         keg->uk_flags = arg->flags;
1568         keg->uk_slabzone = NULL;
1569
1570         /*
1571          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1572          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1573          * iterator is never run.
1574          */
1575         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1576         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1577
1578         /*
1579          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1580          */
1581         zone = arg->zone;
1582         keg->uk_name = zone->uz_name;
1583
1584         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1585                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1586
1587         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1588                 keg->uk_init = zero_init;
1589
1590         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1591                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1592
1593         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1594 #ifdef SMP
1595                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1596 #else
1597                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1598 #endif
1599
1600         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1601                 keg_cachespread_init(keg);
1602         } else {
1603                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1604                         keg_large_init(keg);
1605                 else
1606                         keg_small_init(keg);
1607         }
1608
1609         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1610                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1611
1612         /*
1613          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1614          * startup cache until the vm is ready.
1615          */
1616         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1617                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1618 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1619         else if (keg->uk_ppera == 1)
1620                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1621 #endif
1622         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1623                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1624         else
1625                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1626 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1627         if (keg->uk_ppera == 1)
1628                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1629         else
1630 #endif
1631         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1632                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1633         else
1634                 keg->uk_freef = page_free;
1635
1636         /*
1637          * Initialize keg's lock
1638          */
1639         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1640
1641         /*
1642          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1643          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1644          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1645          */
1646         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1647                 u_int totsize;
1648
1649                 /* Size of the slab struct and free list */
1650                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1651
1652                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1653                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1654                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1655                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1656
1657                 /*
1658                  * The only way the following is possible is if with our
1659                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1660                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1661                  * mathematically possible for all cases, so we make
1662                  * sure here anyway.
1663                  */
1664                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1665                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1666                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1667                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1668                             keg->uk_size);
1669                         panic("UMA slab won't fit.");
1670                 }
1671         }
1672
1673         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1674                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1675
1676         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1677             keg, zone->uz_name, zone,
1678             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1679             keg->uk_free);
1680
1681         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1682
1683         rw_wlock(&uma_rwlock);
1684         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1685         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1686         return (0);
1687 }
1688
1689 /*
1690  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1691  *
1692  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1693  *      udata  Actually uma_zctor_args
1694  */
1695 static int
1696 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1697 {
1698         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1699         uma_zone_t zone = mem;
1700         uma_zone_t z;
1701         uma_keg_t keg;
1702
1703         bzero(zone, size);
1704         zone->uz_name = arg->name;
1705         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1706         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1707         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1708         zone->uz_init = NULL;
1709         zone->uz_fini = NULL;
1710         zone->uz_allocs = 0;
1711         zone->uz_frees = 0;
1712         zone->uz_fails = 0;
1713         zone->uz_sleeps = 0;
1714         zone->uz_count = 0;
1715         zone->uz_count_min = 0;
1716         zone->uz_flags = 0;
1717         zone->uz_warning = NULL;
1718         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1719         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1720         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1721         keg = arg->keg;
1722
1723         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1724
1725         /*
1726          * This is a pure cache zone, no kegs.
1727          */
1728         if (arg->import) {
1729                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1730                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1731                 zone->uz_flags = arg->flags;
1732                 zone->uz_size = arg->size;
1733                 zone->uz_import = arg->import;
1734                 zone->uz_release = arg->release;
1735                 zone->uz_arg = arg->arg;
1736                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1737                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1738                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1739                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1740                 goto out;
1741         }
1742
1743         /*
1744          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1745          */
1746         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1747         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1748         zone->uz_arg = zone;
1749
1750         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1751                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1752                 zone->uz_init = arg->uminit;
1753                 zone->uz_fini = arg->fini;
1754                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1755                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1756                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1757                 ZONE_LOCK(zone);
1758                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1759                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1760                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1761                                 break;
1762                         }
1763                 }
1764                 ZONE_UNLOCK(zone);
1765                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1766         } else if (keg == NULL) {
1767                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1768                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1769                         return (ENOMEM);
1770         } else {
1771                 struct uma_kctor_args karg;
1772                 int error;
1773
1774                 /* We should only be here from uma_startup() */
1775                 karg.size = arg->size;
1776                 karg.uminit = arg->uminit;
1777                 karg.fini = arg->fini;
1778                 karg.align = arg->align;
1779                 karg.flags = arg->flags;
1780                 karg.zone = zone;
1781                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1782                     flags);
1783                 if (error)
1784                         return (error);
1785         }
1786
1787         /*
1788          * Link in the first keg.
1789          */
1790         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1791         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1792         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1793         zone->uz_size = keg->uk_size;
1794         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1795             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1796
1797         /*
1798          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1799          * caches.  If we're internal, bail out here.
1800          */
1801         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1802                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1803                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1804                 return (0);
1805         }
1806
1807 out:
1808         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1809             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1810             ("Invalid zone flag combination"));
1811         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1812                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1813         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1814                 zone->uz_count = 0;
1815         else
1816                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1817         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1818
1819         return (0);
1820 }
1821
1822 /*
1823  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1824  * table and removes the keg from the global list.
1825  *
1826  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1827  *      udata  unused
1828  */
1829 static void
1830 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1831 {
1832         uma_keg_t keg;
1833
1834         keg = (uma_keg_t)arg;
1835         KEG_LOCK(keg);
1836         if (keg->uk_free != 0) {
1837                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1838                     " Lost %d pages of memory.\n",
1839                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1840                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1841         }
1842         KEG_UNLOCK(keg);
1843
1844         hash_free(&keg->uk_hash);
1845
1846         KEG_LOCK_FINI(keg);
1847 }
1848
1849 /*
1850  * Zone header dtor.
1851  *
1852  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1853  *      udata  unused
1854  */
1855 static void
1856 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1857 {
1858         uma_klink_t klink;
1859         uma_zone_t zone;
1860         uma_keg_t keg;
1861
1862         zone = (uma_zone_t)arg;
1863         keg = zone_first_keg(zone);
1864
1865         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1866                 cache_drain(zone);
1867
1868         rw_wlock(&uma_rwlock);
1869         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1870         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1871         /*
1872          * XXX there are some races here where
1873          * the zone can be drained but zone lock
1874          * released and then refilled before we
1875          * remove it... we dont care for now
1876          */
1877         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1878         /*
1879          * Unlink all of our kegs.
1880          */
1881         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1882                 klink->kl_keg = NULL;
1883                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1884                 if (klink == &zone->uz_klink)
1885                         continue;
1886                 free(klink, M_TEMP);
1887         }
1888         /*
1889          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1890          */
1891         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1892                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1893                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1894                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1895                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1896         }
1897         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1898 }
1899
1900 /*
1901  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1902  *
1903  * Arguments:
1904  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1905  *              as an argument.
1906  *
1907  * Returns:
1908  *      Nothing
1909  */
1910 static void
1911 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1912 {
1913         uma_keg_t keg;
1914         uma_zone_t zone;
1915
1916         rw_rlock(&uma_rwlock);
1917         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1918                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1919                         zfunc(zone);
1920         }
1921         rw_runlock(&uma_rwlock);
1922 }
1923
1924 /*
1925  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1926  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1927  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1928  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1929  */
1930 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1931 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1932 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1933 static int zsize, ksize;
1934 int
1935 uma_startup_count(int vm_zones)
1936 {
1937         int zones, pages;
1938
1939         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
1940             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
1941         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
1942             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
1943             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
1944
1945         /*
1946          * Memory for the zone of kegs and its keg,
1947          * and for zone of zones.
1948          */
1949         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
1950             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
1951
1952 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
1953         zones = UMA_BOOT_ZONES;
1954 #else
1955         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
1956         vm_zones = 0;
1957 #endif
1958
1959         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
1960         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE)
1961                 pages += (zones + vm_zones) *
1962                     howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), UMA_SLAB_SIZE);
1963         else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
1964                 pages += zones;
1965         else
1966                 pages += howmany(zones,
1967                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
1968
1969         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
1970         pages += howmany(zones + 1,
1971             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
1972
1973         /*
1974          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
1975          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
1976          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
1977          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
1978          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
1979          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
1980          */
1981         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
1982             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
1983
1984         return (pages);
1985 }
1986
1987 void
1988 uma_startup(void *mem, int npages)
1989 {
1990         struct uma_zctor_args args;
1991         uma_keg_t masterkeg;
1992         uintptr_t m;
1993
1994 #ifdef DIAGNOSTIC
1995         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
1996 #endif
1997
1998         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1999
2000         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2001         m = (uintptr_t)mem;
2002         zones = (uma_zone_t)m;
2003         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2004         kegs = (uma_zone_t)m;
2005         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2006         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2007         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2008         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2009         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2010         mem = (void *)m;
2011
2012         /* "manually" create the initial zone */
2013         memset(&args, 0, sizeof(args));
2014         args.name = "UMA Kegs";
2015         args.size = ksize;
2016         args.ctor = keg_ctor;
2017         args.dtor = keg_dtor;
2018         args.uminit = zero_init;
2019         args.fini = NULL;
2020         args.keg = masterkeg;
2021         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2022         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2023         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2024
2025         bootmem = mem;
2026         boot_pages = npages;
2027
2028         args.name = "UMA Zones";
2029         args.size = zsize;
2030         args.ctor = zone_ctor;
2031         args.dtor = zone_dtor;
2032         args.uminit = zero_init;
2033         args.fini = NULL;
2034         args.keg = NULL;
2035         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2036         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2037         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2038
2039         /* Now make a zone for slab headers */
2040         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2041                                 sizeof(struct uma_slab),
2042                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2043                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2044
2045         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2046             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2047             NULL, NULL, NULL, NULL,
2048             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2049
2050         bucket_init();
2051
2052         booted = BOOT_STRAPPED;
2053 }
2054
2055 void
2056 uma_startup1(void)
2057 {
2058
2059 #ifdef DIAGNOSTIC
2060         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2061 #endif
2062         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2063 }
2064
2065 void
2066 uma_startup2(void)
2067 {
2068
2069 #ifdef DIAGNOSTIC
2070         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2071 #endif
2072         booted = BOOT_BUCKETS;
2073         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2074         bucket_enable();
2075 }
2076
2077 /*
2078  * Initialize our callout handle
2079  *
2080  */
2081 static void
2082 uma_startup3(void)
2083 {
2084
2085 #ifdef INVARIANTS
2086         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2087         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2088         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2089 #endif
2090         callout_init(&uma_callout, 1);
2091         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2092         booted = BOOT_RUNNING;
2093 }
2094
2095 static uma_keg_t
2096 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2097                 int align, uint32_t flags)
2098 {
2099         struct uma_kctor_args args;
2100
2101         args.size = size;
2102         args.uminit = uminit;
2103         args.fini = fini;
2104         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2105         args.flags = flags;
2106         args.zone = zone;
2107         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2108 }
2109
2110 /* Public functions */
2111 /* See uma.h */
2112 void
2113 uma_set_align(int align)
2114 {
2115
2116         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2117                 uma_align_cache = align;
2118 }
2119
2120 /* See uma.h */
2121 uma_zone_t
2122 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2123                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2124
2125 {
2126         struct uma_zctor_args args;
2127         uma_zone_t res;
2128         bool locked;
2129
2130         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2131             align, name));
2132
2133         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2134         memset(&args, 0, sizeof(args));
2135         args.name = name;
2136         args.size = size;
2137         args.ctor = ctor;
2138         args.dtor = dtor;
2139         args.uminit = uminit;
2140         args.fini = fini;
2141 #ifdef  INVARIANTS
2142         /*
2143          * If a zone is being created with an empty constructor and
2144          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2145          * memory use after free.
2146          */
2147         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2148             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2149                 args.ctor = trash_ctor;
2150                 args.dtor = trash_dtor;
2151                 args.uminit = trash_init;
2152                 args.fini = trash_fini;
2153         }
2154 #endif
2155         args.align = align;
2156         args.flags = flags;
2157         args.keg = NULL;
2158
2159         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2160                 locked = false;
2161         } else {
2162                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2163                 locked = true;
2164         }
2165         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2166         if (locked)
2167                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2168         return (res);
2169 }
2170
2171 /* See uma.h */
2172 uma_zone_t
2173 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2174                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2175 {
2176         struct uma_zctor_args args;
2177         uma_keg_t keg;
2178         uma_zone_t res;
2179         bool locked;
2180
2181         keg = zone_first_keg(master);
2182         memset(&args, 0, sizeof(args));
2183         args.name = name;
2184         args.size = keg->uk_size;
2185         args.ctor = ctor;
2186         args.dtor = dtor;
2187         args.uminit = zinit;
2188         args.fini = zfini;
2189         args.align = keg->uk_align;
2190         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2191         args.keg = keg;
2192
2193         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2194                 locked = false;
2195         } else {
2196                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2197                 locked = true;
2198         }
2199         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2200         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2201         if (locked)
2202                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2203         return (res);
2204 }
2205
2206 /* See uma.h */
2207 uma_zone_t
2208 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2209                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2210                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2211 {
2212         struct uma_zctor_args args;
2213
2214         memset(&args, 0, sizeof(args));
2215         args.name = name;
2216         args.size = size;
2217         args.ctor = ctor;
2218         args.dtor = dtor;
2219         args.uminit = zinit;
2220         args.fini = zfini;
2221         args.import = zimport;
2222         args.release = zrelease;
2223         args.arg = arg;
2224         args.align = 0;
2225         args.flags = flags;
2226
2227         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2228 }
2229
2230 static void
2231 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2232 {
2233         if (a < b) {
2234                 ZONE_LOCK(a);
2235                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2236         } else {
2237                 ZONE_LOCK(b);
2238                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2239         }
2240 }
2241
2242 static void
2243 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2244 {
2245
2246         ZONE_UNLOCK(a);
2247         ZONE_UNLOCK(b);
2248 }
2249
2250 int
2251 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2252 {
2253         uma_klink_t klink;
2254         uma_klink_t kl;
2255         int error;
2256
2257         error = 0;
2258         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2259
2260         zone_lock_pair(zone, master);
2261         /*
2262          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2263          * a secondary.
2264          */
2265         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2266             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2267                 error = EINVAL;
2268                 goto out;
2269         }
2270         /*
2271          * The new master must also use vtoslab().
2272          */
2273         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2274                 error = EINVAL;
2275                 goto out;
2276         }
2277
2278         /*
2279          * The underlying object must be the same size.  rsize
2280          * may be different.
2281          */
2282         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2283                 error = E2BIG;
2284                 goto out;
2285         }
2286         /*
2287          * Put it at the end of the list.
2288          */
2289         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2290         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2291                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2292                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2293                         break;
2294                 }
2295         }
2296         klink = NULL;
2297         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2298         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2299
2300 out:
2301         zone_unlock_pair(zone, master);
2302         if (klink != NULL)
2303                 free(klink, M_TEMP);
2304
2305         return (error);
2306 }
2307
2308
2309 /* See uma.h */
2310 void
2311 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2312 {
2313
2314         sx_slock(&uma_drain_lock);
2315         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2316         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2317 }
2318
2319 void
2320 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2321 {
2322         void *item;
2323
2324         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2325         uma_zfree(zone, item);
2326 }
2327
2328 void *
2329 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2330 {
2331         void *item;
2332 #ifdef SMP
2333         int i;
2334
2335         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2336 #endif
2337         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2338         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2339 #ifdef SMP
2340                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2341                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2342 #else
2343                 bzero(item, zone->uz_size);
2344 #endif
2345         }
2346         return (item);
2347 }
2348
2349 /*
2350  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2351  */
2352 void
2353 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2354 {
2355
2356 #ifdef SMP
2357         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2358 #endif
2359         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2360 }
2361
2362 /* See uma.h */
2363 void *
2364 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2365 {
2366         uma_zone_domain_t zdom;
2367         uma_bucket_t bucket;
2368         uma_cache_t cache;
2369         void *item;
2370         int cpu, domain, lockfail;
2371 #ifdef INVARIANTS
2372         bool skipdbg;
2373 #endif
2374
2375         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2376         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2377
2378         /* This is the fast path allocation */
2379         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2380             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2381
2382         if (flags & M_WAITOK) {
2383                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2384                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2385         }
2386         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2387         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2388             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2389         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2390                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2391                     "with M_ZERO passed"));
2392
2393 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2394         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2395                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2396                 if (item != NULL) {
2397                         if (zone->uz_init != NULL &&
2398                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2399                                 return (NULL);
2400                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2401                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2402                             flags) != 0) {
2403                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2404                                 return (NULL);
2405                         }
2406                         return (item);
2407                 }
2408                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2409         }
2410 #endif
2411         /*
2412          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2413          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2414          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2415          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2416          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2417          * preemption and migration.  We release the critical section in
2418          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2419          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2420          * must detect and handle migration if it has occurred.
2421          */
2422 zalloc_restart:
2423         critical_enter();
2424         cpu = curcpu;
2425         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2426
2427 zalloc_start:
2428         bucket = cache->uc_allocbucket;
2429         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2430                 bucket->ub_cnt--;
2431                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2432 #ifdef INVARIANTS
2433                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2434 #endif
2435                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2436                 cache->uc_allocs++;
2437                 critical_exit();
2438 #ifdef INVARIANTS
2439                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2440 #endif
2441                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2442 #ifdef INVARIANTS
2443                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2444                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2445 #endif
2446                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2447                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2448                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2449                         return (NULL);
2450                 }
2451 #ifdef INVARIANTS
2452                 if (!skipdbg)
2453                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2454 #endif
2455                 if (flags & M_ZERO)
2456                         uma_zero_item(item, zone);
2457                 return (item);
2458         }
2459
2460         /*
2461          * We have run out of items in our alloc bucket.
2462          * See if we can switch with our free bucket.
2463          */
2464         bucket = cache->uc_freebucket;
2465         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2466                 CTR2(KTR_UMA,
2467                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2468                     zone->uz_name, zone);
2469                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2470                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2471                 goto zalloc_start;
2472         }
2473
2474         /*
2475          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2476          */
2477         bucket = cache->uc_allocbucket;
2478         cache->uc_allocbucket = NULL;
2479         critical_exit();
2480         if (bucket != NULL)
2481                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2482
2483         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2484                 domain = PCPU_GET(domain);
2485                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2486                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2487         } else
2488                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2489
2490         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2491         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2492                 goto zalloc_item;
2493
2494         /*
2495          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2496          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2497          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2498          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2499          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2500          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2501          * the critical section.
2502          */
2503         lockfail = 0;
2504         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2505                 /* Record contention to size the buckets. */
2506                 ZONE_LOCK(zone);
2507                 lockfail = 1;
2508         }
2509         critical_enter();
2510         cpu = curcpu;
2511         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2512
2513         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2514         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2515                 ZONE_UNLOCK(zone);
2516                 goto zalloc_start;
2517         }
2518
2519         /*
2520          * Check the zone's cache of buckets.
2521          */
2522         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2523                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2524         else
2525                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2526         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
2527                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2528                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2529
2530                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2531                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2532                 ZONE_UNLOCK(zone);
2533                 goto zalloc_start;
2534         }
2535         /* We are no longer associated with this CPU. */
2536         critical_exit();
2537
2538         /*
2539          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2540          * handle the working set.
2541          */
2542         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2543                 zone->uz_count++;
2544         ZONE_UNLOCK(zone);
2545
2546         /*
2547          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2548          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2549          * will use the just filled bucket.
2550          */
2551         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
2552         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2553             zone->uz_name, zone, bucket);
2554         if (bucket != NULL) {
2555                 ZONE_LOCK(zone);
2556                 critical_enter();
2557                 cpu = curcpu;
2558                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2559                 /*
2560                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2561                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2562                  * the memory directly.
2563                  */
2564                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2565                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2566                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2567                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2568                 } else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
2569                         critical_exit();
2570                         ZONE_UNLOCK(zone);
2571                         bucket_drain(zone, bucket);
2572                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2573                         goto zalloc_restart;
2574                 } else
2575                         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
2576                 ZONE_UNLOCK(zone);
2577                 goto zalloc_start;
2578         }
2579
2580         /*
2581          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2582          */
2583 zalloc_item:
2584         item = zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags);
2585
2586         return (item);
2587 }
2588
2589 void *
2590 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2591 {
2592
2593         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2594         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2595
2596         /* This is the fast path allocation */
2597         CTR5(KTR_UMA,
2598             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2599             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2600
2601         if (flags & M_WAITOK) {
2602                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2603                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2604         }
2605         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2606             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2607
2608         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2609 }
2610
2611 /*
2612  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2613  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2614  *
2615  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2616  * only 'domain'.
2617  */
2618 static uma_slab_t
2619 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2620 {
2621         uma_domain_t dom;
2622         uma_slab_t slab;
2623         int start;
2624
2625         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2626             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2627
2628         slab = NULL;
2629         start = domain;
2630         do {
2631                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2632                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2633                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2634                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2635                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2636                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2637                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2638                         return (slab);
2639                 }
2640                 if (rr)
2641                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2642         } while (domain != start);
2643
2644         return (NULL);
2645 }
2646
2647 static uma_slab_t
2648 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2649 {
2650         uint32_t reserve;
2651
2652         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2653
2654         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2655         if (keg->uk_free <= reserve)
2656                 return (NULL);
2657         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2658 }
2659
2660 static uma_slab_t
2661 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2662 {
2663         struct vm_domainset_iter di;
2664         uma_domain_t dom;
2665         uma_slab_t slab;
2666         int aflags, domain;
2667         bool rr;
2668
2669 restart:
2670         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2671
2672         /*
2673          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2674          * domain (as happens with first-touch zones).
2675          *
2676          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2677          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2678          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2679          */
2680         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2681         if (rr) {
2682                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2683                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2684                     &aflags);
2685         } else {
2686                 aflags = flags;
2687                 domain = rdomain;
2688         }
2689
2690         for (;;) {
2691                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2692                 if (slab != NULL) {
2693                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2694                         return (slab);
2695                 }
2696
2697                 /*
2698                  * M_NOVM means don't ask at all!
2699                  */
2700                 if (flags & M_NOVM)
2701                         break;
2702
2703                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2704                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2705                         /*
2706                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2707                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2708                          */
2709                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2710                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2711                                 zone_log_warning(zone);
2712                                 zone_maxaction(zone);
2713                         }
2714                         if (flags & M_NOWAIT)
2715                                 return (NULL);
2716                         zone->uz_sleeps++;
2717                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2718                         continue;
2719                 }
2720                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, aflags);
2721                 /*
2722                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2723                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2724                  * at least one item.
2725                  */
2726                 if (slab) {
2727                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2728                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2729                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2730                         return (slab);
2731                 }
2732                 KEG_LOCK(keg);
2733                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2734                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2735                                 KEG_UNLOCK(keg);
2736                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2737                                 KEG_LOCK(keg);
2738                                 goto restart;
2739                         }
2740                         break;
2741                 }
2742         }
2743
2744         /*
2745          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2746          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2747          * fail.
2748          */
2749         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2750                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2751                 return (slab);
2752         }
2753         return (NULL);
2754 }
2755
2756 static uma_slab_t
2757 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2758 {
2759         uma_slab_t slab;
2760
2761         if (keg == NULL) {
2762                 keg = zone_first_keg(zone);
2763                 KEG_LOCK(keg);
2764         }
2765
2766         for (;;) {
2767                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2768                 if (slab)
2769                         return (slab);
2770                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2771                         break;
2772         }
2773         KEG_UNLOCK(keg);
2774         return (NULL);
2775 }
2776
2777 /*
2778  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2779  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2780  *
2781  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2782  */
2783 static uma_slab_t
2784 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int domain, int rflags)
2785 {
2786         uma_klink_t klink;
2787         uma_slab_t slab;
2788         uma_keg_t keg;
2789         int flags;
2790         int empty;
2791         int full;
2792
2793         /*
2794          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2795          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2796          * without blocking.
2797          */
2798         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2799         /*
2800          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2801          * the search.
2802          */
2803         if (last != NULL) {
2804                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, domain, flags);
2805                 if (slab)
2806                         return (slab);
2807                 KEG_UNLOCK(last);
2808         }
2809         /*
2810          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2811          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2812          * required but we've done it for so long now.
2813          */
2814         for (;;) {
2815                 empty = 0;
2816                 full = 0;
2817                 /*
2818                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2819                  * correct lock while calling into the keg layer.
2820                  */
2821                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2822                         keg = klink->kl_keg;
2823                         KEG_LOCK(keg);
2824                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2825                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2826                                 if (slab)
2827                                         return (slab);
2828                         }
2829                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2830                                 full++;
2831                         else
2832                                 empty++;
2833                         KEG_UNLOCK(keg);
2834                 }
2835                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2836                         break;
2837                 flags = rflags;
2838                 /*
2839                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2840                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2841                  */
2842                 if (full && !empty) {
2843                         ZONE_LOCK(zone);
2844                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2845                         zone->uz_sleeps++;
2846                         zone_log_warning(zone);
2847                         zone_maxaction(zone);
2848                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2849                             "zonelimit", hz/100);
2850                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2851                         ZONE_UNLOCK(zone);
2852                         continue;
2853                 }
2854         }
2855         return (NULL);
2856 }
2857
2858 static void *
2859 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2860 {
2861         uma_domain_t dom;
2862         void *item;
2863         uint8_t freei;
2864
2865         MPASS(keg == slab->us_keg);
2866         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2867
2868         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2869         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2870         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2871         slab->us_freecount--;
2872         keg->uk_free--;
2873
2874         /* Move this slab to the full list */
2875         if (slab->us_freecount == 0) {
2876                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2877                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2878                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2879         }
2880
2881         return (item);
2882 }
2883
2884 static int
2885 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2886 {
2887         uma_slab_t slab;
2888         uma_keg_t keg;
2889 #ifdef NUMA
2890         int stripe;
2891 #endif
2892         int i;
2893
2894         slab = NULL;
2895         keg = NULL;
2896         /* Try to keep the buckets totally full */
2897         for (i = 0; i < max; ) {
2898                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2899                         break;
2900                 keg = slab->us_keg;
2901 #ifdef NUMA
2902                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2903 #endif
2904                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2905                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2906                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2907                                 break;
2908 #ifdef NUMA
2909                         /*
2910                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2911                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2912                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2913                          * than stripe within each bucket.  The current option
2914                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2915                          * time but yields better distribution.
2916                          */
2917                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2918                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2919                                 break;
2920 #endif
2921                 }
2922                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2923                 flags &= ~M_WAITOK;
2924                 flags |= M_NOWAIT;
2925         }
2926         if (slab != NULL)
2927                 KEG_UNLOCK(keg);
2928
2929         return i;
2930 }
2931
2932 static uma_bucket_t
2933 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2934 {
2935         uma_bucket_t bucket;
2936         int max;
2937
2938         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
2939
2940         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2941         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2942         if (bucket == NULL)
2943                 return (NULL);
2944
2945         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2946         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2947             max, domain, flags);
2948
2949         /*
2950          * Initialize the memory if necessary.
2951          */
2952         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2953                 int i;
2954
2955                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2956                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2957                             flags) != 0)
2958                                 break;
2959                 /*
2960                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2961                  * rest back onto the freelist.
2962                  */
2963                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2964                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2965                             bucket->ub_cnt - i);
2966 #ifdef INVARIANTS
2967                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2968                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2969 #endif
2970                         bucket->ub_cnt = i;
2971                 }
2972         }
2973
2974         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2975                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2976                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2977                 return (NULL);
2978         }
2979
2980         return (bucket);
2981 }
2982
2983 /*
2984  * Allocates a single item from a zone.
2985  *
2986  * Arguments
2987  *      zone   The zone to alloc for.
2988  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2989  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
2990  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2991  *
2992  * Returns
2993  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2994  *      An item if successful
2995  */
2996
2997 static void *
2998 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2999 {
3000         void *item;
3001 #ifdef INVARIANTS
3002         bool skipdbg;
3003 #endif
3004
3005         item = NULL;
3006
3007         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3008                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3009                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3010                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3011         }
3012         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
3013                 goto fail;
3014         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
3015
3016 #ifdef INVARIANTS
3017         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3018 #endif
3019         /*
3020          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
3021          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
3022          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
3023          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
3024          */
3025         if (zone->uz_init != NULL) {
3026                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3027                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
3028                         goto fail;
3029                 }
3030         }
3031         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3032 #ifdef INVARIANTS
3033             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
3034             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
3035 #endif
3036             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
3037                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3038                 goto fail;
3039         }
3040 #ifdef INVARIANTS
3041         if (!skipdbg)
3042                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3043 #endif
3044         if (flags & M_ZERO)
3045                 uma_zero_item(item, zone);
3046
3047         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
3048             zone->uz_name, zone);
3049
3050         return (item);
3051
3052 fail:
3053         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
3054             zone->uz_name, zone);
3055         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3056         return (NULL);
3057 }
3058
3059 /* See uma.h */
3060 void
3061 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3062 {
3063         uma_cache_t cache;
3064         uma_bucket_t bucket;
3065         uma_zone_domain_t zdom;
3066         int cpu, domain, lockfail;
3067 #ifdef INVARIANTS
3068         bool skipdbg;
3069 #endif
3070
3071         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3072         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3073
3074         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3075             zone->uz_name);
3076
3077         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3078             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3079
3080         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3081         if (item == NULL)
3082                 return;
3083 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3084         if (is_memguard_addr(item)) {
3085                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3086                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3087                 if (zone->uz_fini != NULL)
3088                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3089                 memguard_free(item);
3090                 return;
3091         }
3092 #endif
3093 #ifdef INVARIANTS
3094         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3095         if (skipdbg == false) {
3096                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3097                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3098                 else
3099                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3100         }
3101         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3102             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3103 #else
3104         if (zone->uz_dtor != NULL)
3105 #endif
3106                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3107
3108         /*
3109          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3110          * a little longer for the limits to be reset.
3111          */
3112         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
3113                 goto zfree_item;
3114
3115         /*
3116          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3117          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3118          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3119          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3120          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3121          * preemption and migration.  We release the critical section in
3122          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3123          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3124          * detect and handle migration if it has occurred.
3125          */
3126 zfree_restart:
3127         critical_enter();
3128         cpu = curcpu;
3129         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3130
3131 zfree_start:
3132         /*
3133          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3134          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3135          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3136          */
3137         bucket = cache->uc_allocbucket;
3138         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3139                 bucket = cache->uc_freebucket;
3140         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3141                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3142                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3143                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3144                 bucket->ub_cnt++;
3145                 cache->uc_frees++;
3146                 critical_exit();
3147                 return;
3148         }
3149
3150         /*
3151          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3152          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3153          * section.  Since the critical section is released, we may be
3154          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3155          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3156          * the critical section.
3157          */
3158         critical_exit();
3159         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3160                 goto zfree_item;
3161
3162         lockfail = 0;
3163         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3164                 /* Record contention to size the buckets. */
3165                 ZONE_LOCK(zone);
3166                 lockfail = 1;
3167         }
3168         critical_enter();
3169         cpu = curcpu;
3170         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3171
3172         bucket = cache->uc_freebucket;
3173         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3174                 ZONE_UNLOCK(zone);
3175                 goto zfree_start;
3176         }
3177         cache->uc_freebucket = NULL;
3178         /* We are no longer associated with this CPU. */
3179         critical_exit();
3180
3181         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3182                 domain = PCPU_GET(domain);
3183                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3184                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3185         } else
3186                 domain = 0;
3187         zdom = &zone->uz_domain[0];
3188
3189         /* Can we throw this on the zone full list? */
3190         if (bucket != NULL) {
3191                 CTR3(KTR_UMA,
3192                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3193                     zone->uz_name, zone, bucket);
3194                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3195                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
3196                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
3197                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
3198                         ZONE_UNLOCK(zone);
3199                         bucket_drain(zone, bucket);
3200                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3201                         goto zfree_restart;
3202                 } else
3203                         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
3204         }
3205
3206         /*
3207          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3208          * handle the working set.
3209          */
3210         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
3211                 zone->uz_count++;
3212         ZONE_UNLOCK(zone);
3213
3214         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3215         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3216             zone->uz_name, zone, bucket);
3217         if (bucket) {
3218                 critical_enter();
3219                 cpu = curcpu;
3220                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3221                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3222                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3223                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3224                         cache->uc_freebucket = bucket;
3225                         goto zfree_start;
3226                 }
3227                 /*
3228                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3229                  * critical section to free the bucket.
3230                  */
3231                 critical_exit();
3232                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3233                 goto zfree_restart;
3234         }
3235
3236         /*
3237          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3238          */
3239 zfree_item:
3240         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3241
3242         return;
3243 }
3244
3245 void
3246 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3247 {
3248
3249         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3250         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3251
3252         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3253             zone->uz_name);
3254
3255         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3256             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3257
3258         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3259         if (item == NULL)
3260                 return;
3261         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3262 }
3263
3264 static void
3265 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
3266 {
3267         uma_domain_t dom;
3268         uint8_t freei;
3269
3270         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
3271         MPASS(keg == slab->us_keg);
3272
3273         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3274
3275         /* Do we need to remove from any lists? */
3276         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3277                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3278                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3279         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3280                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3281                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3282         }
3283
3284         /* Slab management. */
3285         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3286         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3287         slab->us_freecount++;
3288
3289         /* Keg statistics. */
3290         keg->uk_free++;
3291 }
3292
3293 static void
3294 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3295 {
3296         void *item;
3297         uma_slab_t slab;
3298         uma_keg_t keg;
3299         uint8_t *mem;
3300         int clearfull;
3301         int i;
3302
3303         clearfull = 0;
3304         keg = zone_first_keg(zone);
3305         KEG_LOCK(keg);
3306         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3307                 item = bucket[i];
3308                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3309                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3310                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3311                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3312                         } else {
3313                                 mem += keg->uk_pgoff;
3314                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3315                         }
3316                 } else {
3317                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3318                         if (slab->us_keg != keg) {
3319                                 KEG_UNLOCK(keg);
3320                                 keg = slab->us_keg;
3321                                 KEG_LOCK(keg);
3322                         }
3323                 }
3324                 slab_free_item(keg, slab, item);
3325                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
3326                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
3327                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3328                                 clearfull = 1;
3329                         }
3330
3331                         /*
3332                          * We can handle one more allocation. Since we're
3333                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
3334                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
3335                          * simple for now (rather than adding count of blocked
3336                          * threads etc).
3337                          */
3338                         wakeup(keg);
3339                 }
3340         }
3341         KEG_UNLOCK(keg);
3342         if (clearfull) {
3343                 ZONE_LOCK(zone);
3344                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3345                 wakeup(zone);
3346                 ZONE_UNLOCK(zone);
3347         }
3348
3349 }
3350
3351 /*
3352  * Frees a single item to any zone.
3353  *
3354  * Arguments:
3355  *      zone   The zone to free to
3356  *      item   The item we're freeing
3357  *      udata  User supplied data for the dtor
3358  *      skip   Skip dtors and finis
3359  */
3360 static void
3361 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3362 {
3363 #ifdef INVARIANTS
3364         bool skipdbg;
3365
3366         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3367         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3368                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3369                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3370                 else
3371                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3372         }
3373
3374         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3375             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3376             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3377 #else
3378         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3379 #endif
3380                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3381
3382         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3383                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3384
3385         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
3386         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3387 }
3388
3389 /* See uma.h */
3390 int
3391 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3392 {
3393         uma_keg_t keg;
3394
3395         keg = zone_first_keg(zone);
3396         if (keg == NULL)
3397                 return (0);
3398         KEG_LOCK(keg);
3399         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
3400         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
3401                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
3402         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3403         KEG_UNLOCK(keg);
3404
3405         return (nitems);
3406 }
3407
3408 /* See uma.h */
3409 int
3410 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3411 {
3412         int nitems;
3413         uma_keg_t keg;
3414
3415         keg = zone_first_keg(zone);
3416         if (keg == NULL)
3417                 return (0);
3418         KEG_LOCK(keg);
3419         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3420         KEG_UNLOCK(keg);
3421
3422         return (nitems);
3423 }
3424
3425 /* See uma.h */
3426 void
3427 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3428 {
3429
3430         ZONE_LOCK(zone);
3431         zone->uz_warning = warning;
3432         ZONE_UNLOCK(zone);
3433 }
3434
3435 /* See uma.h */
3436 void
3437 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3438 {
3439
3440         ZONE_LOCK(zone);
3441         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3442         ZONE_UNLOCK(zone);
3443 }
3444
3445 /* See uma.h */
3446 int
3447 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3448 {
3449         int64_t nitems;
3450         u_int i;
3451
3452         ZONE_LOCK(zone);
3453         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
3454         CPU_FOREACH(i) {
3455                 /*
3456                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3457                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3458                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3459                  */
3460                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3461                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3462         }
3463         ZONE_UNLOCK(zone);
3464
3465         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3466 }
3467
3468 /* See uma.h */
3469 void
3470 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3471 {
3472         uma_keg_t keg;
3473
3474         keg = zone_first_keg(zone);
3475         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3476         KEG_LOCK(keg);
3477         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3478             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3479         keg->uk_init = uminit;
3480         KEG_UNLOCK(keg);
3481 }
3482
3483 /* See uma.h */
3484 void
3485 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3486 {
3487         uma_keg_t keg;
3488
3489         keg = zone_first_keg(zone);
3490         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3491         KEG_LOCK(keg);
3492         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3493             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3494         keg->uk_fini = fini;
3495         KEG_UNLOCK(keg);
3496 }
3497
3498 /* See uma.h */
3499 void
3500 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3501 {
3502
3503         ZONE_LOCK(zone);
3504         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3505             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3506         zone->uz_init = zinit;
3507         ZONE_UNLOCK(zone);
3508 }
3509
3510 /* See uma.h */
3511 void
3512 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3513 {
3514
3515         ZONE_LOCK(zone);
3516         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3517             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3518         zone->uz_fini = zfini;
3519         ZONE_UNLOCK(zone);
3520 }
3521
3522 /* See uma.h */
3523 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3524 void
3525 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3526 {
3527         uma_keg_t keg;
3528
3529         keg = zone_first_keg(zone);
3530         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3531         KEG_LOCK(keg);
3532         keg->uk_freef = freef;
3533         KEG_UNLOCK(keg);
3534 }
3535
3536 /* See uma.h */
3537 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3538 void
3539 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3540 {
3541         uma_keg_t keg;
3542
3543         keg = zone_first_keg(zone);
3544         KEG_LOCK(keg);
3545         keg->uk_allocf = allocf;
3546         KEG_UNLOCK(keg);
3547 }
3548
3549 /* See uma.h */
3550 void
3551 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3552 {
3553         uma_keg_t keg;
3554
3555         keg = zone_first_keg(zone);
3556         if (keg == NULL)
3557                 return;
3558         KEG_LOCK(keg);
3559         keg->uk_reserve = items;
3560         KEG_UNLOCK(keg);
3561
3562         return;
3563 }
3564
3565 /* See uma.h */
3566 int
3567 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3568 {
3569         uma_keg_t keg;
3570         vm_offset_t kva;
3571         u_int pages;
3572
3573         keg = zone_first_keg(zone);
3574         if (keg == NULL)
3575                 return (0);
3576         pages = count / keg->uk_ipers;
3577
3578         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3579                 pages++;
3580         pages *= keg->uk_ppera;
3581
3582 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3583         if (keg->uk_ppera > 1) {
3584 #else
3585         if (1) {
3586 #endif
3587                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3588                 if (kva == 0)
3589                         return (0);
3590         } else
3591                 kva = 0;
3592         KEG_LOCK(keg);
3593         keg->uk_kva = kva;
3594         keg->uk_offset = 0;
3595         keg->uk_maxpages = pages;
3596 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3597         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3598 #else
3599         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3600 #endif
3601         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3602         KEG_UNLOCK(keg);
3603
3604         return (1);
3605 }
3606
3607 /* See uma.h */
3608 void
3609 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3610 {
3611         struct vm_domainset_iter di;
3612         uma_domain_t dom;
3613         uma_slab_t slab;
3614         uma_keg_t keg;
3615         int domain, flags, slabs;
3616
3617         keg = zone_first_keg(zone);
3618         if (keg == NULL)
3619                 return;
3620         KEG_LOCK(keg);
3621         slabs = items / keg->uk_ipers;
3622         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3623                 slabs++;
3624         flags = M_WAITOK;
3625         vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain, &flags);
3626         while (slabs-- > 0) {
3627                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags);
3628                 if (slab == NULL)
3629                         return;
3630                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3631                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3632                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3633                 if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
3634                         break;
3635         }
3636         KEG_UNLOCK(keg);
3637 }
3638
3639 /* See uma.h */
3640 static void
3641 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3642 {
3643
3644         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3645         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3646         bucket_enable();
3647         zone_foreach(zone_drain);
3648         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3649                 cache_drain_safe(NULL);
3650                 zone_foreach(zone_drain);
3651         }
3652         /*
3653          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3654          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3655          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3656          */
3657         zone_drain(slabzone);
3658         bucket_zone_drain();
3659 }
3660
3661 void
3662 uma_reclaim(void)
3663 {
3664
3665         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3666         uma_reclaim_locked(false);
3667         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3668 }
3669
3670 static volatile int uma_reclaim_needed;
3671
3672 void
3673 uma_reclaim_wakeup(void)
3674 {
3675
3676         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3677                 wakeup(uma_reclaim);
3678 }
3679
3680 void
3681 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3682 {
3683
3684         for (;;) {
3685                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3686                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3687                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3688                             hz);
3689                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3690                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3691                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3692                 uma_reclaim_locked(true);
3693                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3694                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3695                 /* Don't fire more than once per-second. */
3696                 pause("umarclslp", hz);
3697         }
3698 }
3699
3700 /* See uma.h */
3701 int
3702 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3703 {
3704         int full;
3705
3706         ZONE_LOCK(zone);
3707         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3708         ZONE_UNLOCK(zone);
3709         return (full);
3710 }
3711
3712 int
3713 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3714 {
3715         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3716 }
3717
3718 void *
3719 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3720 {
3721         struct domainset *policy;
3722         vm_offset_t addr;
3723         uma_slab_t slab;
3724
3725         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3726                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3727                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3728                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3729         }
3730         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3731         if (slab == NULL)
3732                 return (NULL);
3733         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3734             DOMAINSET_FIXED(domain);
3735         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3736         if (addr != 0) {
3737                 vsetslab(addr, slab);
3738                 slab->us_data = (void *)addr;
3739                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3740                 slab->us_size = size;
3741                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3742                     pmap_kextract(addr)));
3743                 uma_total_inc(size);
3744         } else {
3745                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3746         }
3747
3748         return ((void *)addr);
3749 }
3750
3751 void *
3752 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3753 {
3754
3755         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3756 }
3757
3758 void
3759 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3760 {
3761
3762         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3763             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3764         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3765         uma_total_dec(slab->us_size);
3766         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3767 }
3768
3769 static void
3770 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3771 {
3772
3773         bzero(item, zone->uz_size);
3774 }
3775
3776 unsigned long
3777 uma_limit(void)
3778 {
3779
3780         return (uma_kmem_limit);
3781 }
3782
3783 void
3784 uma_set_limit(unsigned long limit)
3785 {
3786
3787         uma_kmem_limit = limit;
3788 }
3789
3790 unsigned long
3791 uma_size(void)
3792 {
3793
3794         return (uma_kmem_total);
3795 }
3796
3797 long
3798 uma_avail(void)
3799 {
3800
3801         return (uma_kmem_limit - uma_kmem_total);
3802 }
3803
3804 void
3805 uma_print_stats(void)
3806 {
3807         zone_foreach(uma_print_zone);
3808 }
3809
3810 static void
3811 slab_print(uma_slab_t slab)
3812 {
3813         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3814                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3815 }
3816
3817 static void
3818 cache_print(uma_cache_t cache)
3819 {
3820         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3821                 cache->uc_allocbucket,
3822                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3823                 cache->uc_freebucket,
3824                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3825 }
3826
3827 static void
3828 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3829 {
3830         uma_domain_t dom;
3831         uma_slab_t slab;
3832         int i;
3833
3834         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3835             "out %d free %d limit %d\n",
3836             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3837             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3838             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3839             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3840         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3841                 dom = &keg->uk_domain[i];
3842                 printf("Part slabs:\n");
3843                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3844                         slab_print(slab);
3845                 printf("Free slabs:\n");
3846                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3847                         slab_print(slab);
3848                 printf("Full slabs:\n");
3849                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3850                         slab_print(slab);
3851         }
3852 }
3853
3854 void
3855 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3856 {
3857         uma_cache_t cache;
3858         uma_klink_t kl;
3859         int i;
3860
3861         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3862             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3863         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3864                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3865         CPU_FOREACH(i) {
3866                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3867                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3868                 cache_print(cache);
3869         }
3870 }
3871
3872 #ifdef DDB
3873 /*
3874  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3875  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3876  *
3877  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3878  * per-CPU cache statistic.
3879  *
3880  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3881  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3882  * directly so that we don't have to.
3883  */
3884 static void
3885 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3886     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3887 {
3888         uma_cache_t cache;
3889         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3890         int cachefree, cpu;
3891
3892         allocs = frees = sleeps = 0;
3893         cachefree = 0;
3894         CPU_FOREACH(cpu) {
3895                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3896                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3897                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3898                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3899                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3900                 allocs += cache->uc_allocs;
3901                 frees += cache->uc_frees;
3902         }
3903         allocs += z->uz_allocs;
3904         frees += z->uz_frees;
3905         sleeps += z->uz_sleeps;
3906         if (cachefreep != NULL)
3907                 *cachefreep = cachefree;
3908         if (allocsp != NULL)
3909                 *allocsp = allocs;
3910         if (freesp != NULL)
3911                 *freesp = frees;
3912         if (sleepsp != NULL)
3913                 *sleepsp = sleeps;
3914 }
3915 #endif /* DDB */
3916
3917 static int
3918 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3919 {
3920         uma_keg_t kz;
3921         uma_zone_t z;
3922         int count;
3923
3924         count = 0;
3925         rw_rlock(&uma_rwlock);
3926         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3927                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3928                         count++;
3929         }
3930         rw_runlock(&uma_rwlock);
3931         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3932 }
3933
3934 static int
3935 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3936 {
3937         struct uma_stream_header ush;
3938         struct uma_type_header uth;
3939         struct uma_percpu_stat *ups;
3940         uma_bucket_t bucket;
3941         uma_zone_domain_t zdom;
3942         struct sbuf sbuf;
3943         uma_cache_t cache;
3944         uma_klink_t kl;
3945         uma_keg_t kz;
3946         uma_zone_t z;
3947         uma_keg_t k;
3948         int count, error, i;
3949
3950         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3951         if (error != 0)
3952                 return (error);
3953         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3954         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3955         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
3956
3957         count = 0;
3958         rw_rlock(&uma_rwlock);
3959         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3960                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3961                         count++;
3962         }
3963
3964         /*
3965          * Insert stream header.
3966          */
3967         bzero(&ush, sizeof(ush));
3968         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3969         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3970         ush.ush_count = count;
3971         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3972
3973         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3974                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3975                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3976                         ZONE_LOCK(z);
3977                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3978                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3979                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3980                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3981                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3982                                 k = kl->kl_keg;
3983                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3984                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3985                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3986                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3987                                     * k->uk_ipers;
3988                         }
3989
3990                         /*
3991                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3992                          * on the keg's zone list.
3993                          */
3994                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3995                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3996                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3997
3998                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3999                                 zdom = &z->uz_domain[i];
4000                                 LIST_FOREACH(bucket, &zdom->uzd_buckets,
4001                                     ub_link)
4002                                         uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
4003                         }
4004                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
4005                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
4006                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
4007                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
4008                         /*
4009                          * While it is not normally safe to access the cache
4010                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
4011                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
4012                          * without the zone lock held, not invalidated, so
4013                          * accept the possible race associated with bucket
4014                          * exchange during monitoring.
4015                          */
4016                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
4017                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
4018                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
4019                                     CPU_ABSENT(i))
4020                                         continue;
4021                                 cache = &z->uz_cpu[i];
4022                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
4023                                         ups[i].ups_cache_free +=
4024                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
4025                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
4026                                         ups[i].ups_cache_free +=
4027                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
4028                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
4029                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
4030                         }
4031                         ZONE_UNLOCK(z);
4032                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4033                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4034                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4035                 }
4036         }
4037         rw_runlock(&uma_rwlock);
4038         error = sbuf_finish(&sbuf);
4039         sbuf_delete(&sbuf);
4040         free(ups, M_TEMP);
4041         return (error);
4042 }
4043
4044 int
4045 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4046 {
4047         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4048         int error, max;
4049
4050         max = uma_zone_get_max(zone);
4051         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4052         if (error || !req->newptr)
4053                 return (error);
4054
4055         uma_zone_set_max(zone, max);
4056
4057         return (0);
4058 }
4059
4060 int
4061 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4062 {
4063         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4064         int cur;
4065
4066         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4067         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4068 }
4069
4070 #ifdef INVARIANTS
4071 static uma_slab_t
4072 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4073 {
4074         uma_slab_t slab;
4075         uma_keg_t keg;
4076         uint8_t *mem;
4077
4078         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4079         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4080                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4081         } else {
4082                 /*
4083                  * It is safe to return the slab here even though the
4084                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4085                  * essentially holds a reference.
4086                  */
4087                 ZONE_LOCK(zone);
4088                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
4089                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4090                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4091                 else
4092                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4093                 ZONE_UNLOCK(zone);
4094         }
4095
4096         return (slab);
4097 }
4098
4099 static bool
4100 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4101 {
4102         uma_keg_t keg;
4103
4104         if ((keg = zone_first_keg(zone)) == NULL)
4105                 return (true);
4106
4107         return (uma_dbg_kskip(keg, mem));
4108 }
4109
4110 static bool
4111 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4112 {
4113         uintptr_t idx;
4114
4115         if (dbg_divisor == 0)
4116                 return (true);
4117
4118         if (dbg_divisor == 1)
4119                 return (false);
4120
4121         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4122         if (keg->uk_ipers > 1) {
4123                 idx *= keg->uk_ipers;
4124                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4125         }
4126
4127         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4128                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4129                 return (true);
4130         }
4131         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4132
4133         return (false);
4134 }
4135
4136 /*
4137  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4138  *
4139  */
4140 static void
4141 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4142 {
4143         uma_keg_t keg;
4144         int freei;
4145
4146         if (slab == NULL) {
4147                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4148                 if (slab == NULL)
4149                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4150                             item, zone->uz_name);
4151         }
4152         keg = slab->us_keg;
4153         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4154
4155         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4156                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4157                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4158         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4159
4160         return;
4161 }
4162
4163 /*
4164  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4165  * and duplicate frees.
4166  *
4167  */
4168 static void
4169 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4170 {
4171         uma_keg_t keg;
4172         int freei;
4173
4174         if (slab == NULL) {
4175                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4176                 if (slab == NULL)
4177                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4178                             item, zone->uz_name);
4179         }
4180         keg = slab->us_keg;
4181         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4182
4183         if (freei >= keg->uk_ipers)
4184                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4185                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4186
4187         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4188                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4189                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4190
4191         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4192                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4193                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4194
4195         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4196 }
4197 #endif /* INVARIANTS */
4198
4199 #ifdef DDB
4200 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4201 {
4202         uma_bucket_t bucket;
4203         uma_keg_t kz;
4204         uma_zone_t z;
4205         uma_zone_domain_t zdom;
4206         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4207         int cachefree, i;
4208
4209         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4210             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4211         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4212                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4213                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4214                                 allocs = z->uz_allocs;
4215                                 frees = z->uz_frees;
4216                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4217                                 cachefree = 0;
4218                         } else
4219                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4220                                     &frees, &sleeps);
4221                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4222                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4223                                 cachefree += kz->uk_free;
4224                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4225                                 zdom = &z->uz_domain[i];
4226                                 LIST_FOREACH(bucket, &zdom->uzd_buckets,
4227                                     ub_link)
4228                                         cachefree += bucket->ub_cnt;
4229                         }
4230                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
4231                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4232                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4233                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4234                         if (db_pager_quit)
4235                                 return;
4236                 }
4237         }
4238 }
4239
4240 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4241 {
4242         uma_bucket_t bucket;
4243         uma_zone_t z;
4244         uma_zone_domain_t zdom;
4245         uint64_t allocs, frees;
4246         int cachefree, i;
4247
4248         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4249             "Requests", "Bucket");
4250         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4251                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4252                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4253                         zdom = &z->uz_domain[i];
4254                         LIST_FOREACH(bucket, &zdom->uzd_buckets, ub_link)
4255                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
4256                 }
4257                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
4258                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4259                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4260                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4261                 if (db_pager_quit)
4262                         return;
4263         }
4264 }
4265 #endif  /* DDB */