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 /*
 148  * kmem soft limit, initialized by uma_set_limit().  Ensure that early
 149  * allocations don't trigger a wakeup of the reclaim thread.
 150  */
 151 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 152 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_limit, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_limit, 0,
 153     "UMA kernel memory soft limit");
 154 static unsigned long uma_kmem_total;
 155 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_total, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_total, 0,
 156     "UMA kernel memory usage");
 157
 158 /* Is the VM done starting up? */
 159 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 160     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 161
 162 /*
 163  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 164  * outside of the allocation fast path.
 165  */
 166 static struct callout uma_callout;
 167 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 168
 169 /*
 170  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 171  * a special allocation function just for zones.
 172  */
 173 struct uma_zctor_args {
 174         const char *name;
 175         size_t size;
 176         uma_ctor ctor;
 177         uma_dtor dtor;
 178         uma_init uminit;
 179         uma_fini fini;
 180         uma_import import;
 181         uma_release release;
 182         void *arg;
 183         uma_keg_t keg;
 184         int align;
 185         uint32_t flags;
 186 };
 187
 188 struct uma_kctor_args {
 189         uma_zone_t zone;
 190         size_t size;
 191         uma_init uminit;
 192         uma_fini fini;
 193         int align;
 194         uint32_t flags;
 195 };
 196
 197 struct uma_bucket_zone {
 198         uma_zone_t      ubz_zone;
 199         char            *ubz_name;
 200         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 201         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 202 };
 203
 204 /*
 205  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 206  * of two sizes for more efficient space utilization.
 207  */
 208 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 209     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 210
 211 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 212
 213 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 214         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 215         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 216         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 217         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 218         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 219         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 220         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 221         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 222         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 223         { NULL, NULL, 0}
 224 };
 225
 226 /*
 227  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 228  */
 229 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
 230
 231 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 232
 233 /* Prototypes.. */
 234
 235 int     uma_startup_count(int);
 236 void    uma_startup(void *, int);
 237 void    uma_startup1(void);
 238 void    uma_startup2(void);
 239
 240 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 241 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 242 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 243 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 244 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 245 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 246 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 247 static void cache_drain(uma_zone_t);
 248 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 249 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 250 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 251 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 252 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 253 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 254 static int zero_init(void *, int, int);
 255 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 256 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 257 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 258 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 259 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
 260 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 261 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 262 static void uma_timeout(void *);
 263 static void uma_startup3(void);
 264 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 265 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 266 static void bucket_enable(void);
 267 static void bucket_init(void);
 268 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 269 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 270 static void bucket_zone_drain(void);
 271 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 272 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 273 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 274 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 275 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
 276 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 277     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 278 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 279 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 280 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 281
 282 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 283 void uma_print_stats(void);
 284 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 285 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 286
 287 #ifdef INVARIANTS
 288 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 289 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 290 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 291 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 292
 293 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 294     "Memory allocation debugging");
 295
 296 static u_int dbg_divisor = 1;
 297 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 298     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 299     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 300
 301 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 302 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 303 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 304     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 305 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 306     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 307 #endif
 308
 309 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 310
 311 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 312     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 313
 314 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 315     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 316
 317 static int zone_warnings = 1;
 318 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 319     "Warn when UMA zones becomes full");
 320
 321 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 322 static inline void
 323 uma_total_dec(unsigned long size)
 324 {
 325
 326         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 327 }
 328
 329 static inline void
 330 uma_total_inc(unsigned long size)
 331 {
 332
 333         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 334                 uma_reclaim_wakeup();
 335 }
 336
 337 /*
 338  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 339  */
 340 static void
 341 bucket_enable(void)
 342 {
 343         bucketdisable = vm_page_count_min();
 344 }
 345
 346 /*
 347  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 348  *
 349  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 350  * of the header and an array of pointers.
 351  */
 352 static void
 353 bucket_init(void)
 354 {
 355         struct uma_bucket_zone *ubz;
 356         int size;
 357
 358         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 359                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 360                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 361                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 362                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 363                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 364         }
 365 }
 366
 367 /*
 368  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 369  * to allocate the bucket.
 370  */
 371 static struct uma_bucket_zone *
 372 bucket_zone_lookup(int entries)
 373 {
 374         struct uma_bucket_zone *ubz;
 375
 376         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 377                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 378                         return (ubz);
 379         ubz--;
 380         return (ubz);
 381 }
 382
 383 static int
 384 bucket_select(int size)
 385 {
 386         struct uma_bucket_zone *ubz;
 387
 388         ubz = &bucket_zones[0];
 389         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 390                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 391
 392         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 393                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 394                         break;
 395         ubz--;
 396         return (ubz->ubz_entries);
 397 }
 398
 399 static uma_bucket_t
 400 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 401 {
 402         struct uma_bucket_zone *ubz;
 403         uma_bucket_t bucket;
 404
 405         /*
 406          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 407          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 408          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 409          * low memory situations.
 410          */
 411         if (bucketdisable)
 412                 return (NULL);
 413         /*
 414          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 415          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 416          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 417          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 418          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 419          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 420          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 421          * free path.
 422          */
 423         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 424                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 425         else {
 426                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 427                         return (NULL);
 428                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 429         }
 430         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 431                 flags |= M_NOVM;
 432         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 433         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 434                 ubz++;
 435         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 436         if (bucket) {
 437 #ifdef INVARIANTS
 438                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 439 #endif
 440                 bucket->ub_cnt = 0;
 441                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 442         }
 443
 444         return (bucket);
 445 }
 446
 447 static void
 448 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 449 {
 450         struct uma_bucket_zone *ubz;
 451
 452         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 453             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 454         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 455                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 456         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 457         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 458 }
 459
 460 static void
 461 bucket_zone_drain(void)
 462 {
 463         struct uma_bucket_zone *ubz;
 464
 465         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 466                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 467 }
 468
 469 static uma_bucket_t
 470 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
 471 {
 472         uma_bucket_t bucket;
 473
 474         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 475
 476         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 477                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
 478                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 479                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 480                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 481                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 482         }
 483         return (bucket);
 484 }
 485
 486 static void
 487 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, uma_bucket_t bucket,
 488     const bool ws)
 489 {
 490
 491         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 492
 493         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 494         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 495         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
 496                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
 497 }
 498
 499 static void
 500 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 501 {
 502         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 503
 504         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 505                 return;
 506
 507         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 508                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 509 }
 510
 511 static inline void
 512 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 513 {
 514
 515         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 516                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 517 }
 518
 519 static void
 520 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
 521 {
 522         uma_klink_t klink;
 523
 524         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
 525                 kegfn(klink->kl_keg);
 526 }
 527
 528 /*
 529  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 530  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 531  *
 532  * Arguments:
 533  *      arg   Unused
 534  *
 535  * Returns:
 536  *      Nothing
 537  */
 538 static void
 539 uma_timeout(void *unused)
 540 {
 541         bucket_enable();
 542         zone_foreach(zone_timeout);
 543
 544         /* Reschedule this event */
 545         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 546 }
 547
 548 /*
 549  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 550  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 551  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 552  * last 100s.
 553  */
 554 static void
 555 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 556 {
 557         long wss;
 558
 559         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 560         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 561         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 562         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
 563 }
 564
 565 /*
 566  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 567  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 568  *
 569  *  Returns nothing.
 570  */
 571 static void
 572 keg_timeout(uma_keg_t keg)
 573 {
 574         u_int slabs;
 575
 576         KEG_LOCK(keg);
 577         /*
 578          * Expand the keg hash table.
 579          *
 580          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 581          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 582          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 583          */
 584         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 585             (slabs = keg->uk_pages / keg->uk_ppera) >
 586              keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 587                 struct uma_hash newhash;
 588                 struct uma_hash oldhash;
 589                 int ret;
 590
 591                 /*
 592                  * This is so involved because allocating and freeing
 593                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 594                  * I have to do everything in stages and check for
 595                  * races.
 596                  */
 597                 KEG_UNLOCK(keg);
 598                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
 599                 KEG_LOCK(keg);
 600                 if (ret) {
 601                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 602                                 oldhash = keg->uk_hash;
 603                                 keg->uk_hash = newhash;
 604                         } else
 605                                 oldhash = newhash;
 606
 607                         KEG_UNLOCK(keg);
 608                         hash_free(&oldhash);
 609                         return;
 610                 }
 611         }
 612         KEG_UNLOCK(keg);
 613 }
 614
 615 static void
 616 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 617 {
 618         int i;
 619
 620         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
 621
 622         ZONE_LOCK(zone);
 623         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 624                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
 625         ZONE_UNLOCK(zone);
 626 }
 627
 628 /*
 629  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 630  * backing store.
 631  *
 632  * Arguments:
 633  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 634  *
 635  * Returns:
 636  *      1 on success and 0 on failure.
 637  */
 638 static int
 639 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
 640 {
 641         size_t alloc;
 642
 643         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
 644         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
 645                 hash->uh_hashsize = size;
 646                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 647                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 648                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 649         } else {
 650                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 651                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 652                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 653                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 654         }
 655         if (hash->uh_slab_hash) {
 656                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 657                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 658                 return (1);
 659         }
 660
 661         return (0);
 662 }
 663
 664 /*
 665  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 666  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 667  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 668  *
 669  * Arguments:
 670  *      oldhash  The hash you want to expand
 671  *      newhash  The hash structure for the new table
 672  *
 673  * Returns:
 674  *      Nothing
 675  *
 676  * Discussion:
 677  */
 678 static int
 679 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 680 {
 681         uma_slab_t slab;
 682         u_int hval;
 683         u_int idx;
 684
 685         if (!newhash->uh_slab_hash)
 686                 return (0);
 687
 688         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 689                 return (0);
 690
 691         /*
 692          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 693          * full rehash.
 694          */
 695
 696         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
 697                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
 698                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
 699                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[idx], us_hlink);
 700                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 701                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 702                             slab, us_hlink);
 703                 }
 704
 705         return (1);
 706 }
 707
 708 /*
 709  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 710  *
 711  * Arguments:
 712  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 713  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 714  *
 715  * Returns:
 716  *      Nothing
 717  */
 718 static void
 719 hash_free(struct uma_hash *hash)
 720 {
 721         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 722                 return;
 723         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 724                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 725         else
 726                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 727 }
 728
 729 /*
 730  * Frees all outstanding items in a bucket
 731  *
 732  * Arguments:
 733  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 734  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 735  *
 736  * Returns:
 737  *      Nothing
 738  */
 739
 740 static void
 741 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 742 {
 743         int i;
 744
 745         if (bucket == NULL)
 746                 return;
 747
 748         if (zone->uz_fini)
 749                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 750                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 751         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 752         bucket->ub_cnt = 0;
 753 }
 754
 755 /*
 756  * Drains the per cpu caches for a zone.
 757  *
 758  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 759  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 760  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 761  *
 762  * Arguments:
 763  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 764  *
 765  * Returns:
 766  *      Nothing
 767  */
 768 static void
 769 cache_drain(uma_zone_t zone)
 770 {
 771         uma_cache_t cache;
 772         int cpu;
 773
 774         /*
 775          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 776          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 777          * of the caches at this point.
 778          *
 779          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 780          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 781          *
 782          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 783          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 784          * there in some form?
 785          */
 786         CPU_FOREACH(cpu) {
 787                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 788                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 789                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 790                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 791                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 792                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 793                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 794                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 795         }
 796         ZONE_LOCK(zone);
 797         bucket_cache_drain(zone);
 798         ZONE_UNLOCK(zone);
 799 }
 800
 801 static void
 802 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 803 {
 804
 805         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 806                 return;
 807
 808         ZONE_LOCK(zone);
 809         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 810         ZONE_UNLOCK(zone);
 811 }
 812
 813 static void
 814 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 815 {
 816         uma_cache_t cache;
 817         uma_bucket_t b1, b2;
 818         int domain;
 819
 820         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 821                 return;
 822
 823         b1 = b2 = NULL;
 824         ZONE_LOCK(zone);
 825         critical_enter();
 826         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 827                 domain = PCPU_GET(domain);
 828         else
 829                 domain = 0;
 830         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 831         if (cache->uc_allocbucket) {
 832                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 833                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 834                             cache->uc_allocbucket, false);
 835                 else
 836                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 837                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 838         }
 839         if (cache->uc_freebucket) {
 840                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 841                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 842                             cache->uc_freebucket, false);
 843                 else
 844                         b2 = cache->uc_freebucket;
 845                 cache->uc_freebucket = NULL;
 846         }
 847         critical_exit();
 848         ZONE_UNLOCK(zone);
 849         if (b1)
 850                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 851         if (b2)
 852                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 853 }
 854
 855 /*
 856  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 857  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 858  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 859  * to safely access their cache buckets.
 860  * Zone lock must not be held on call this function.
 861  */
 862 static void
 863 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 864 {
 865         int cpu;
 866
 867         /*
 868          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 869          */
 870         if (zone)
 871                 cache_shrink(zone);
 872         else
 873                 zone_foreach(cache_shrink);
 874
 875         CPU_FOREACH(cpu) {
 876                 thread_lock(curthread);
 877                 sched_bind(curthread, cpu);
 878                 thread_unlock(curthread);
 879
 880                 if (zone)
 881                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 882                 else
 883                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 884         }
 885         thread_lock(curthread);
 886         sched_unbind(curthread);
 887         thread_unlock(curthread);
 888 }
 889
 890 /*
 891  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 892  */
 893 static void
 894 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 895 {
 896         uma_zone_domain_t zdom;
 897         uma_bucket_t bucket;
 898         int i;
 899
 900         /*
 901          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 902          */
 903         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 904                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 905                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
 906                     NULL) {
 907                         ZONE_UNLOCK(zone);
 908                         bucket_drain(zone, bucket);
 909                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 910                         ZONE_LOCK(zone);
 911                 }
 912         }
 913
 914         /*
 915          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 916          * is probably lower then price of global cache drain.
 917          */
 918         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 919                 zone->uz_count--;
 920 }
 921
 922 static void
 923 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 924 {
 925         uint8_t *mem;
 926         int i;
 927         uint8_t flags;
 928
 929         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 930             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 931
 932         mem = slab->us_data;
 933         flags = slab->us_flags;
 934         i = start;
 935         if (keg->uk_fini != NULL) {
 936                 for (i--; i > -1; i--)
 937 #ifdef INVARIANTS
 938                 /*
 939                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 940                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 941                  * which executed trash_dtor.
 942                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 943                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 944                  * invocations.
 945                  */
 946                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 947                     keg->uk_fini != trash_fini)
 948 #endif
 949                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 950                             keg->uk_size);
 951         }
 952         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 953                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 954         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 955         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 956 }
 957
 958 /*
 959  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 960  * the pageout daemon.
 961  *
 962  * Returns nothing.
 963  */
 964 static void
 965 keg_drain(uma_keg_t keg)
 966 {
 967         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 968         uma_domain_t dom;
 969         uma_slab_t slab, tmp;
 970         int i;
 971
 972         /*
 973          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 974          * time
 975          */
 976         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 977                 return;
 978
 979         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 980             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 981         KEG_LOCK(keg);
 982         if (keg->uk_free == 0)
 983                 goto finished;
 984
 985         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 986                 dom = &keg->uk_domain[i];
 987                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 988                         /* We have nowhere to free these to. */
 989                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 990                                 continue;
 991
 992                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
 993                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
 994                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
 995
 996                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
 997                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
 998                                     slab->us_data);
 999
1000                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
1001                 }
1002         }
1003
1004 finished:
1005         KEG_UNLOCK(keg);
1006
1007         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1008                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1009                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1010         }
1011 }
1012
1013 static void
1014 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1015 {
1016
1017         /*
1018          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1019          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1020          * is the only call that knows the structure will still be available
1021          * when it wakes up.
1022          */
1023         ZONE_LOCK(zone);
1024         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1025                 if (waitok == M_NOWAIT)
1026                         goto out;
1027                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1028         }
1029         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1030         bucket_cache_drain(zone);
1031         ZONE_UNLOCK(zone);
1032         /*
1033          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1034          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1035          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1036          */
1037         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
1038         ZONE_LOCK(zone);
1039         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1040         wakeup(zone);
1041 out:
1042         ZONE_UNLOCK(zone);
1043 }
1044
1045 void
1046 zone_drain(uma_zone_t zone)
1047 {
1048
1049         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1050 }
1051
1052 /*
1053  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1054  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1055  * otherwise the keg will be left unlocked.
1056  *
1057  * Arguments:
1058  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1059  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1060  *
1061  * Returns:
1062  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1063  *      caller specified M_NOWAIT.
1064  */
1065 static uma_slab_t
1066 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1067     int aflags)
1068 {
1069         uma_alloc allocf;
1070         uma_slab_t slab;
1071         unsigned long size;
1072         uint8_t *mem;
1073         uint8_t sflags;
1074         int i;
1075
1076         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1077             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1078         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
1079
1080         allocf = keg->uk_allocf;
1081         KEG_UNLOCK(keg);
1082
1083         slab = NULL;
1084         mem = NULL;
1085         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1086                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, aflags);
1087                 if (slab == NULL)
1088                         goto out;
1089         }
1090
1091         /*
1092          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1093          * first time they are added to a zone.
1094          *
1095          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1096          */
1097
1098         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1099                 aflags |= M_ZERO;
1100         else
1101                 aflags &= ~M_ZERO;
1102
1103         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1104                 aflags |= M_NODUMP;
1105
1106         /* zone is passed for legacy reasons. */
1107         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1108         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1109         if (mem == NULL) {
1110                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1111                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1112                 slab = NULL;
1113                 goto out;
1114         }
1115         uma_total_inc(size);
1116
1117         /* Point the slab into the allocated memory */
1118         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1119                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1120
1121         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1122                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1123                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1124
1125         slab->us_keg = keg;
1126         slab->us_data = mem;
1127         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1128         slab->us_flags = sflags;
1129         slab->us_domain = domain;
1130         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1131 #ifdef INVARIANTS
1132         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1133 #endif
1134
1135         if (keg->uk_init != NULL) {
1136                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1137                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1138                             keg->uk_size, flags) != 0)
1139                                 break;
1140                 if (i != keg->uk_ipers) {
1141                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1142                         slab = NULL;
1143                         goto out;
1144                 }
1145         }
1146         KEG_LOCK(keg);
1147
1148         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1149             slab, keg->uk_name, keg);
1150
1151         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1152                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1153
1154         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1155         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1156
1157 out:
1158         return (slab);
1159 }
1160
1161 /*
1162  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1163  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1164  * the VM is ready.
1165  */
1166 static void *
1167 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1168     int wait)
1169 {
1170         uma_keg_t keg;
1171         void *mem;
1172         int pages;
1173
1174         keg = zone_first_keg(zone);
1175
1176         /*
1177          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1178          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1179          */
1180         switch (booted) {
1181                 case BOOT_COLD:
1182                 case BOOT_STRAPPED:
1183                         break;
1184                 case BOOT_PAGEALLOC:
1185                         if (keg->uk_ppera > 1)
1186                                 break;
1187                 case BOOT_BUCKETS:
1188                 case BOOT_RUNNING:
1189 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1190                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1191                             page_alloc : uma_small_alloc;
1192 #else
1193                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1194 #endif
1195                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1196         }
1197
1198         /*
1199          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1200          */
1201         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1202         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1203         if (pages > boot_pages)
1204                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1205 #ifdef DIAGNOSTIC
1206         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1207             boot_pages);
1208 #endif
1209         mem = bootmem;
1210         boot_pages -= pages;
1211         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1212         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1213
1214         return (mem);
1215 }
1216
1217 /*
1218  * Allocates a number of pages from the system
1219  *
1220  * Arguments:
1221  *      bytes  The number of bytes requested
1222  *      wait  Shall we wait?
1223  *
1224  * Returns:
1225  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1226  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1227  */
1228 static void *
1229 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1230     int wait)
1231 {
1232         void *p;        /* Returned page */
1233
1234         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1235         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1236
1237         return (p);
1238 }
1239
1240 static void *
1241 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1242     int wait)
1243 {
1244         struct pglist alloctail;
1245         vm_offset_t addr, zkva;
1246         int cpu, flags;
1247         vm_page_t p, p_next;
1248 #ifdef NUMA
1249         struct pcpu *pc;
1250 #endif
1251
1252         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1253
1254         TAILQ_INIT(&alloctail);
1255         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1256             malloc2vm_flags(wait);
1257         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1258         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1259                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1260                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1261                 } else {
1262 #ifndef NUMA
1263                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1264 #else
1265                         pc = pcpu_find(cpu);
1266                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1267                         if (__predict_false(p == NULL))
1268                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1269 #endif
1270                 }
1271                 if (__predict_false(p == NULL))
1272                         goto fail;
1273                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1274         }
1275         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1276                 goto fail;
1277         zkva = addr;
1278         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1279                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1280                 zkva += PAGE_SIZE;
1281         }
1282         return ((void*)addr);
1283 fail:
1284         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1285                 vm_page_unwire_noq(p);
1286                 vm_page_free(p);
1287         }
1288         return (NULL);
1289 }
1290
1291 /*
1292  * Allocates a number of pages from within an object
1293  *
1294  * Arguments:
1295  *      bytes  The number of bytes requested
1296  *      wait   Shall we wait?
1297  *
1298  * Returns:
1299  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1300  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1301  */
1302 static void *
1303 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1304     int wait)
1305 {
1306         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1307         u_long npages;
1308         vm_offset_t retkva, zkva;
1309         vm_page_t p, p_next;
1310         uma_keg_t keg;
1311
1312         TAILQ_INIT(&alloctail);
1313         keg = zone_first_keg(zone);
1314
1315         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1316         while (npages > 0) {
1317                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1318                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1319                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1320                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1321                 if (p != NULL) {
1322                         /*
1323                          * Since the page does not belong to an object, its
1324                          * listq is unused.
1325                          */
1326                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1327                         npages--;
1328                         continue;
1329                 }
1330                 /*
1331                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1332                  * exit.
1333                  */
1334                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1335                         vm_page_unwire_noq(p);
1336                         vm_page_free(p);
1337                 }
1338                 return (NULL);
1339         }
1340         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1341         zkva = keg->uk_kva +
1342             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1343         retkva = zkva;
1344         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1345                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1346                 zkva += PAGE_SIZE;
1347         }
1348
1349         return ((void *)retkva);
1350 }
1351
1352 /*
1353  * Frees a number of pages to the system
1354  *
1355  * Arguments:
1356  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1357  *      size  The size of the memory being freed
1358  *      flags The original p->us_flags field
1359  *
1360  * Returns:
1361  *      Nothing
1362  */
1363 static void
1364 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1365 {
1366
1367         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1368                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1369
1370         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1371 }
1372
1373 /*
1374  * Frees pcpu zone allocations
1375  *
1376  * Arguments:
1377  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1378  *      size  The size of the memory being freed
1379  *      flags The original p->us_flags field
1380  *
1381  * Returns:
1382  *      Nothing
1383  */
1384 static void
1385 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1386 {
1387         vm_offset_t sva, curva;
1388         vm_paddr_t paddr;
1389         vm_page_t m;
1390
1391         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1392         sva = (vm_offset_t)mem;
1393         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1394                 paddr = pmap_kextract(curva);
1395                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1396                 vm_page_unwire_noq(m);
1397                 vm_page_free(m);
1398         }
1399         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1400         kva_free(sva, size);
1401 }
1402
1403
1404 /*
1405  * Zero fill initializer
1406  *
1407  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1408  */
1409 static int
1410 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1411 {
1412         bzero(mem, size);
1413         return (0);
1414 }
1415
1416 /*
1417  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1418  *
1419  * Arguments
1420  *      keg  The zone we should initialize
1421  *
1422  * Returns
1423  *      Nothing
1424  */
1425 static void
1426 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1427 {
1428         u_int rsize;
1429         u_int memused;
1430         u_int wastedspace;
1431         u_int shsize;
1432         u_int slabsize;
1433
1434         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1435                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1436
1437                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1438                 keg->uk_ppera = ncpus;
1439         } else {
1440                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1441                 keg->uk_ppera = 1;
1442         }
1443
1444         /*
1445          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1446          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1447          * allocation bits for we round it up.
1448          */
1449         rsize = keg->uk_size;
1450         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1451                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1452         if (rsize & keg->uk_align)
1453                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1454         keg->uk_rsize = rsize;
1455
1456         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1457             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1458             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1459
1460         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1461                 shsize = 0;
1462         else
1463                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1464
1465         if (rsize <= slabsize - shsize)
1466                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1467         else {
1468                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1469                  * alignment requirement can be relaxed. */
1470                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1471                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1472                 keg->uk_ipers = 1;
1473         }
1474         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1475             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1476
1477         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1478         wastedspace = slabsize - memused;
1479
1480         /*
1481          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1482          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1483          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1484          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1485          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1486          */
1487         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1488             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1489                 return;
1490
1491         /*
1492          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1493          * this if it permits more items per-slab.
1494          *
1495          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1496          * Historically this was not done because the VM could not
1497          * efficiently handle contiguous allocations.
1498          */
1499         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1500             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1501                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1502                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1503                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1504                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1505                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1506                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1507                     "calculated ipers = %d, "
1508                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1509                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1510                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1511                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1512         }
1513
1514         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1515             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1516                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1517 }
1518
1519 /*
1520  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1521  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1522  * more complicated.
1523  *
1524  * Arguments
1525  *      keg  The keg we should initialize
1526  *
1527  * Returns
1528  *      Nothing
1529  */
1530 static void
1531 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1532 {
1533         u_int shsize;
1534
1535         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1536         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1537             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1538         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1539             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1540
1541         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1542         keg->uk_ipers = 1;
1543         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1544
1545         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1546         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1547                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1548                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1549                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1550                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1551
1552                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1553                         /*
1554                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1555                          * we need an extra page per allocation to contain the
1556                          * slab header.
1557                          */
1558                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1559                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1560                         else
1561                                 keg->uk_ppera++;
1562                 }
1563         }
1564
1565         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1566             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1567                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1568 }
1569
1570 static void
1571 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1572 {
1573         int alignsize;
1574         int trailer;
1575         int pages;
1576         int rsize;
1577
1578         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1579             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1580
1581         alignsize = keg->uk_align + 1;
1582         rsize = keg->uk_size;
1583         /*
1584          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1585          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1586          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1587          * would fall on the same boundary every time.
1588          */
1589         if (rsize & keg->uk_align)
1590                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1591         if ((rsize & alignsize) == 0)
1592                 rsize += alignsize;
1593         trailer = rsize - keg->uk_size;
1594         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1595         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1596         keg->uk_rsize = rsize;
1597         keg->uk_ppera = pages;
1598         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1599         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1600         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1601             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1602             keg->uk_ipers));
1603 }
1604
1605 /*
1606  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1607  * the keg onto the global keg list.
1608  *
1609  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1610  *      udata  Actually uma_kctor_args
1611  */
1612 static int
1613 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1614 {
1615         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1616         uma_keg_t keg = mem;
1617         uma_zone_t zone;
1618
1619         bzero(keg, size);
1620         keg->uk_size = arg->size;
1621         keg->uk_init = arg->uminit;
1622         keg->uk_fini = arg->fini;
1623         keg->uk_align = arg->align;
1624         keg->uk_free = 0;
1625         keg->uk_reserve = 0;
1626         keg->uk_pages = 0;
1627         keg->uk_flags = arg->flags;
1628         keg->uk_slabzone = NULL;
1629
1630         /*
1631          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1632          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1633          * iterator is never run.
1634          */
1635         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1636         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1637
1638         /*
1639          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1640          */
1641         zone = arg->zone;
1642         keg->uk_name = zone->uz_name;
1643
1644         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1645                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1646
1647         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1648                 keg->uk_init = zero_init;
1649
1650         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1651                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1652
1653         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1654 #ifdef SMP
1655                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1656 #else
1657                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1658 #endif
1659
1660         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1661                 keg_cachespread_init(keg);
1662         } else {
1663                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1664                         keg_large_init(keg);
1665                 else
1666                         keg_small_init(keg);
1667         }
1668
1669         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1670                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1671
1672         /*
1673          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1674          * startup cache until the vm is ready.
1675          */
1676         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1677                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1678 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1679         else if (keg->uk_ppera == 1)
1680                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1681 #endif
1682         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1683                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1684         else
1685                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1686 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1687         if (keg->uk_ppera == 1)
1688                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1689         else
1690 #endif
1691         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1692                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1693         else
1694                 keg->uk_freef = page_free;
1695
1696         /*
1697          * Initialize keg's lock
1698          */
1699         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1700
1701         /*
1702          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1703          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1704          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1705          */
1706         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1707                 u_int totsize;
1708
1709                 /* Size of the slab struct and free list */
1710                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1711
1712                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1713                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1714                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1715                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1716
1717                 /*
1718                  * The only way the following is possible is if with our
1719                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1720                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1721                  * mathematically possible for all cases, so we make
1722                  * sure here anyway.
1723                  */
1724                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1725                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1726                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1727                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1728                             keg->uk_size);
1729                         panic("UMA slab won't fit.");
1730                 }
1731         }
1732
1733         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1734                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
1735
1736         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1737             keg, zone->uz_name, zone,
1738             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1739             keg->uk_free);
1740
1741         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1742
1743         rw_wlock(&uma_rwlock);
1744         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1745         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1746         return (0);
1747 }
1748
1749 /*
1750  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1751  *
1752  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1753  *      udata  Actually uma_zctor_args
1754  */
1755 static int
1756 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1757 {
1758         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1759         uma_zone_t zone = mem;
1760         uma_zone_t z;
1761         uma_keg_t keg;
1762
1763         bzero(zone, size);
1764         zone->uz_name = arg->name;
1765         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1766         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1767         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1768         zone->uz_init = NULL;
1769         zone->uz_fini = NULL;
1770         zone->uz_allocs = 0;
1771         zone->uz_frees = 0;
1772         zone->uz_fails = 0;
1773         zone->uz_sleeps = 0;
1774         zone->uz_count = 0;
1775         zone->uz_count_min = 0;
1776         zone->uz_flags = 0;
1777         zone->uz_warning = NULL;
1778         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1779         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1780         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1781         keg = arg->keg;
1782
1783         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1784
1785         /*
1786          * This is a pure cache zone, no kegs.
1787          */
1788         if (arg->import) {
1789                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1790                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1791                 zone->uz_flags = arg->flags;
1792                 zone->uz_size = arg->size;
1793                 zone->uz_import = arg->import;
1794                 zone->uz_release = arg->release;
1795                 zone->uz_arg = arg->arg;
1796                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1797                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1798                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1799                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1800                 goto out;
1801         }
1802
1803         /*
1804          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1805          */
1806         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1807         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1808         zone->uz_arg = zone;
1809
1810         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1811                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1812                 zone->uz_init = arg->uminit;
1813                 zone->uz_fini = arg->fini;
1814                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1815                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1816                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1817                 ZONE_LOCK(zone);
1818                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1819                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1820                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1821                                 break;
1822                         }
1823                 }
1824                 ZONE_UNLOCK(zone);
1825                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1826         } else if (keg == NULL) {
1827                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1828                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1829                         return (ENOMEM);
1830         } else {
1831                 struct uma_kctor_args karg;
1832                 int error;
1833
1834                 /* We should only be here from uma_startup() */
1835                 karg.size = arg->size;
1836                 karg.uminit = arg->uminit;
1837                 karg.fini = arg->fini;
1838                 karg.align = arg->align;
1839                 karg.flags = arg->flags;
1840                 karg.zone = zone;
1841                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1842                     flags);
1843                 if (error)
1844                         return (error);
1845         }
1846
1847         /*
1848          * Link in the first keg.
1849          */
1850         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1851         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1852         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1853         zone->uz_size = keg->uk_size;
1854         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1855             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1856
1857         /*
1858          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1859          * caches.  If we're internal, bail out here.
1860          */
1861         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1862                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1863                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1864                 return (0);
1865         }
1866
1867 out:
1868         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1869             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1870             ("Invalid zone flag combination"));
1871         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1872                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1873         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1874                 zone->uz_count = 0;
1875         else
1876                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1877         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1878
1879         return (0);
1880 }
1881
1882 /*
1883  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1884  * table and removes the keg from the global list.
1885  *
1886  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1887  *      udata  unused
1888  */
1889 static void
1890 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1891 {
1892         uma_keg_t keg;
1893
1894         keg = (uma_keg_t)arg;
1895         KEG_LOCK(keg);
1896         if (keg->uk_free != 0) {
1897                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1898                     " Lost %d pages of memory.\n",
1899                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1900                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1901         }
1902         KEG_UNLOCK(keg);
1903
1904         hash_free(&keg->uk_hash);
1905
1906         KEG_LOCK_FINI(keg);
1907 }
1908
1909 /*
1910  * Zone header dtor.
1911  *
1912  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1913  *      udata  unused
1914  */
1915 static void
1916 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1917 {
1918         uma_klink_t klink;
1919         uma_zone_t zone;
1920         uma_keg_t keg;
1921
1922         zone = (uma_zone_t)arg;
1923         keg = zone_first_keg(zone);
1924
1925         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1926                 cache_drain(zone);
1927
1928         rw_wlock(&uma_rwlock);
1929         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1930         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1931         /*
1932          * XXX there are some races here where
1933          * the zone can be drained but zone lock
1934          * released and then refilled before we
1935          * remove it... we dont care for now
1936          */
1937         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1938         /*
1939          * Unlink all of our kegs.
1940          */
1941         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1942                 klink->kl_keg = NULL;
1943                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1944                 if (klink == &zone->uz_klink)
1945                         continue;
1946                 free(klink, M_TEMP);
1947         }
1948         /*
1949          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1950          */
1951         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1952                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1953                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1954                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1955                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1956         }
1957         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1958 }
1959
1960 /*
1961  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1962  *
1963  * Arguments:
1964  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1965  *              as an argument.
1966  *
1967  * Returns:
1968  *      Nothing
1969  */
1970 static void
1971 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1972 {
1973         uma_keg_t keg;
1974         uma_zone_t zone;
1975
1976         rw_rlock(&uma_rwlock);
1977         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1978                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1979                         zfunc(zone);
1980         }
1981         rw_runlock(&uma_rwlock);
1982 }
1983
1984 /*
1985  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1986  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1987  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1988  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1989  */
1990 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1991 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1992 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1993 static int zsize, ksize;
1994 int
1995 uma_startup_count(int vm_zones)
1996 {
1997         int zones, pages;
1998
1999         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2000             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2001         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2002             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2003             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2004
2005         /*
2006          * Memory for the zone of kegs and its keg,
2007          * and for zone of zones.
2008          */
2009         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
2010             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
2011
2012 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
2013         zones = UMA_BOOT_ZONES;
2014 #else
2015         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
2016         vm_zones = 0;
2017 #endif
2018
2019         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
2020         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE)
2021                 pages += (zones + vm_zones) *
2022                     howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), UMA_SLAB_SIZE);
2023         else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
2024                 pages += zones;
2025         else
2026                 pages += howmany(zones,
2027                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
2028
2029         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
2030         pages += howmany(zones + 1,
2031             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
2032
2033         /*
2034          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
2035          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
2036          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
2037          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2038          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2039          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2040          */
2041         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2042             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2043
2044         return (pages);
2045 }
2046
2047 void
2048 uma_startup(void *mem, int npages)
2049 {
2050         struct uma_zctor_args args;
2051         uma_keg_t masterkeg;
2052         uintptr_t m;
2053
2054 #ifdef DIAGNOSTIC
2055         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2056 #endif
2057
2058         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2059
2060         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2061         m = (uintptr_t)mem;
2062         zones = (uma_zone_t)m;
2063         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2064         kegs = (uma_zone_t)m;
2065         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2066         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2067         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2068         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2069         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2070         mem = (void *)m;
2071
2072         /* "manually" create the initial zone */
2073         memset(&args, 0, sizeof(args));
2074         args.name = "UMA Kegs";
2075         args.size = ksize;
2076         args.ctor = keg_ctor;
2077         args.dtor = keg_dtor;
2078         args.uminit = zero_init;
2079         args.fini = NULL;
2080         args.keg = masterkeg;
2081         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2082         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2083         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2084
2085         bootmem = mem;
2086         boot_pages = npages;
2087
2088         args.name = "UMA Zones";
2089         args.size = zsize;
2090         args.ctor = zone_ctor;
2091         args.dtor = zone_dtor;
2092         args.uminit = zero_init;
2093         args.fini = NULL;
2094         args.keg = NULL;
2095         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2096         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2097         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2098
2099         /* Now make a zone for slab headers */
2100         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2101                                 sizeof(struct uma_slab),
2102                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2103                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2104
2105         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2106             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2107             NULL, NULL, NULL, NULL,
2108             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2109
2110         bucket_init();
2111
2112         booted = BOOT_STRAPPED;
2113 }
2114
2115 void
2116 uma_startup1(void)
2117 {
2118
2119 #ifdef DIAGNOSTIC
2120         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2121 #endif
2122         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2123 }
2124
2125 void
2126 uma_startup2(void)
2127 {
2128
2129 #ifdef DIAGNOSTIC
2130         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2131 #endif
2132         booted = BOOT_BUCKETS;
2133         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2134         bucket_enable();
2135 }
2136
2137 /*
2138  * Initialize our callout handle
2139  *
2140  */
2141 static void
2142 uma_startup3(void)
2143 {
2144
2145 #ifdef INVARIANTS
2146         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2147         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2148         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2149 #endif
2150         callout_init(&uma_callout, 1);
2151         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2152         booted = BOOT_RUNNING;
2153 }
2154
2155 static uma_keg_t
2156 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2157                 int align, uint32_t flags)
2158 {
2159         struct uma_kctor_args args;
2160
2161         args.size = size;
2162         args.uminit = uminit;
2163         args.fini = fini;
2164         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2165         args.flags = flags;
2166         args.zone = zone;
2167         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2168 }
2169
2170 /* Public functions */
2171 /* See uma.h */
2172 void
2173 uma_set_align(int align)
2174 {
2175
2176         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2177                 uma_align_cache = align;
2178 }
2179
2180 /* See uma.h */
2181 uma_zone_t
2182 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2183                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2184
2185 {
2186         struct uma_zctor_args args;
2187         uma_zone_t res;
2188         bool locked;
2189
2190         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2191             align, name));
2192
2193         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2194         memset(&args, 0, sizeof(args));
2195         args.name = name;
2196         args.size = size;
2197         args.ctor = ctor;
2198         args.dtor = dtor;
2199         args.uminit = uminit;
2200         args.fini = fini;
2201 #ifdef  INVARIANTS
2202         /*
2203          * If a zone is being created with an empty constructor and
2204          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2205          * memory use after free.
2206          */
2207         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2208             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2209                 args.ctor = trash_ctor;
2210                 args.dtor = trash_dtor;
2211                 args.uminit = trash_init;
2212                 args.fini = trash_fini;
2213         }
2214 #endif
2215         args.align = align;
2216         args.flags = flags;
2217         args.keg = NULL;
2218
2219         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2220                 locked = false;
2221         } else {
2222                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2223                 locked = true;
2224         }
2225         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2226         if (locked)
2227                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2228         return (res);
2229 }
2230
2231 /* See uma.h */
2232 uma_zone_t
2233 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2234                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2235 {
2236         struct uma_zctor_args args;
2237         uma_keg_t keg;
2238         uma_zone_t res;
2239         bool locked;
2240
2241         keg = zone_first_keg(master);
2242         memset(&args, 0, sizeof(args));
2243         args.name = name;
2244         args.size = keg->uk_size;
2245         args.ctor = ctor;
2246         args.dtor = dtor;
2247         args.uminit = zinit;
2248         args.fini = zfini;
2249         args.align = keg->uk_align;
2250         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2251         args.keg = keg;
2252
2253         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2254                 locked = false;
2255         } else {
2256                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2257                 locked = true;
2258         }
2259         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2260         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2261         if (locked)
2262                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2263         return (res);
2264 }
2265
2266 /* See uma.h */
2267 uma_zone_t
2268 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2269                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2270                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2271 {
2272         struct uma_zctor_args args;
2273
2274         memset(&args, 0, sizeof(args));
2275         args.name = name;
2276         args.size = size;
2277         args.ctor = ctor;
2278         args.dtor = dtor;
2279         args.uminit = zinit;
2280         args.fini = zfini;
2281         args.import = zimport;
2282         args.release = zrelease;
2283         args.arg = arg;
2284         args.align = 0;
2285         args.flags = flags;
2286
2287         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2288 }
2289
2290 static void
2291 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2292 {
2293         if (a < b) {
2294                 ZONE_LOCK(a);
2295                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2296         } else {
2297                 ZONE_LOCK(b);
2298                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2299         }
2300 }
2301
2302 static void
2303 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2304 {
2305
2306         ZONE_UNLOCK(a);
2307         ZONE_UNLOCK(b);
2308 }
2309
2310 int
2311 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2312 {
2313         uma_klink_t klink;
2314         uma_klink_t kl;
2315         int error;
2316
2317         error = 0;
2318         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2319
2320         zone_lock_pair(zone, master);
2321         /*
2322          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2323          * a secondary.
2324          */
2325         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2326             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2327                 error = EINVAL;
2328                 goto out;
2329         }
2330         /*
2331          * The new master must also use vtoslab().
2332          */
2333         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2334                 error = EINVAL;
2335                 goto out;
2336         }
2337
2338         /*
2339          * The underlying object must be the same size.  rsize
2340          * may be different.
2341          */
2342         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2343                 error = E2BIG;
2344                 goto out;
2345         }
2346         /*
2347          * Put it at the end of the list.
2348          */
2349         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2350         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2351                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2352                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2353                         break;
2354                 }
2355         }
2356         klink = NULL;
2357         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2358         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2359
2360 out:
2361         zone_unlock_pair(zone, master);
2362         if (klink != NULL)
2363                 free(klink, M_TEMP);
2364
2365         return (error);
2366 }
2367
2368
2369 /* See uma.h */
2370 void
2371 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2372 {
2373
2374         sx_slock(&uma_drain_lock);
2375         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2376         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2377 }
2378
2379 void
2380 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2381 {
2382         void *item;
2383
2384         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2385         uma_zfree(zone, item);
2386 }
2387
2388 void *
2389 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2390 {
2391         void *item;
2392 #ifdef SMP
2393         int i;
2394
2395         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2396 #endif
2397         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2398         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2399 #ifdef SMP
2400                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2401                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2402 #else
2403                 bzero(item, zone->uz_size);
2404 #endif
2405         }
2406         return (item);
2407 }
2408
2409 /*
2410  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2411  */
2412 void
2413 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2414 {
2415
2416 #ifdef SMP
2417         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2418 #endif
2419         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2420 }
2421
2422 /* See uma.h */
2423 void *
2424 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2425 {
2426         uma_zone_domain_t zdom;
2427         uma_bucket_t bucket;
2428         uma_cache_t cache;
2429         void *item;
2430         int cpu, domain, lockfail;
2431 #ifdef INVARIANTS
2432         bool skipdbg;
2433 #endif
2434
2435         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2436         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2437
2438         /* This is the fast path allocation */
2439         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2440             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2441
2442         if (flags & M_WAITOK) {
2443                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2444                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2445         }
2446         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2447         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2448             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2449         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2450                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2451                     "with M_ZERO passed"));
2452
2453 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2454         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2455                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2456                 if (item != NULL) {
2457                         if (zone->uz_init != NULL &&
2458                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2459                                 return (NULL);
2460                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2461                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2462                             flags) != 0) {
2463                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2464                                 return (NULL);
2465                         }
2466                         return (item);
2467                 }
2468                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2469         }
2470 #endif
2471         /*
2472          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2473          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2474          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2475          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2476          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2477          * preemption and migration.  We release the critical section in
2478          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2479          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2480          * must detect and handle migration if it has occurred.
2481          */
2482 zalloc_restart:
2483         critical_enter();
2484         cpu = curcpu;
2485         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2486
2487 zalloc_start:
2488         bucket = cache->uc_allocbucket;
2489         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2490                 bucket->ub_cnt--;
2491                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2492 #ifdef INVARIANTS
2493                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2494 #endif
2495                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2496                 cache->uc_allocs++;
2497                 critical_exit();
2498 #ifdef INVARIANTS
2499                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2500 #endif
2501                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2502 #ifdef INVARIANTS
2503                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2504                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2505 #endif
2506                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2507                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2508                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2509                         return (NULL);
2510                 }
2511 #ifdef INVARIANTS
2512                 if (!skipdbg)
2513                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2514 #endif
2515                 if (flags & M_ZERO)
2516                         uma_zero_item(item, zone);
2517                 return (item);
2518         }
2519
2520         /*
2521          * We have run out of items in our alloc bucket.
2522          * See if we can switch with our free bucket.
2523          */
2524         bucket = cache->uc_freebucket;
2525         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2526                 CTR2(KTR_UMA,
2527                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2528                     zone->uz_name, zone);
2529                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2530                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2531                 goto zalloc_start;
2532         }
2533
2534         /*
2535          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2536          */
2537         bucket = cache->uc_allocbucket;
2538         cache->uc_allocbucket = NULL;
2539         critical_exit();
2540         if (bucket != NULL)
2541                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2542
2543         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2544                 domain = PCPU_GET(domain);
2545                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2546                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2547         } else
2548                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2549
2550         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2551         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2552                 goto zalloc_item;
2553
2554         /*
2555          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2556          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2557          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2558          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2559          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2560          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2561          * the critical section.
2562          */
2563         lockfail = 0;
2564         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2565                 /* Record contention to size the buckets. */
2566                 ZONE_LOCK(zone);
2567                 lockfail = 1;
2568         }
2569         critical_enter();
2570         cpu = curcpu;
2571         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2572
2573         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2574         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2575                 ZONE_UNLOCK(zone);
2576                 goto zalloc_start;
2577         }
2578
2579         /*
2580          * Check the zone's cache of buckets.
2581          */
2582         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2583                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2584         else
2585                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2586         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2587                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2588                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2589                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2590                 ZONE_UNLOCK(zone);
2591                 goto zalloc_start;
2592         }
2593         /* We are no longer associated with this CPU. */
2594         critical_exit();
2595
2596         /*
2597          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2598          * handle the working set.
2599          */
2600         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2601                 zone->uz_count++;
2602         ZONE_UNLOCK(zone);
2603
2604         /*
2605          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2606          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2607          * will use the just filled bucket.
2608          */
2609         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
2610         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2611             zone->uz_name, zone, bucket);
2612         if (bucket != NULL) {
2613                 ZONE_LOCK(zone);
2614                 critical_enter();
2615                 cpu = curcpu;
2616                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2617
2618                 /*
2619                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2620                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2621                  * the memory directly.
2622                  */
2623                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2624                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2625                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2626                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2627                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2628                 } else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
2629                         critical_exit();
2630                         ZONE_UNLOCK(zone);
2631                         bucket_drain(zone, bucket);
2632                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2633                         goto zalloc_restart;
2634                 } else
2635                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2636                 ZONE_UNLOCK(zone);
2637                 goto zalloc_start;
2638         }
2639
2640         /*
2641          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2642          */
2643 zalloc_item:
2644         item = zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags);
2645
2646         return (item);
2647 }
2648
2649 void *
2650 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2651 {
2652
2653         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2654         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2655
2656         /* This is the fast path allocation */
2657         CTR5(KTR_UMA,
2658             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2659             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2660
2661         if (flags & M_WAITOK) {
2662                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2663                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2664         }
2665         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2666             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2667
2668         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2669 }
2670
2671 /*
2672  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2673  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2674  *
2675  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2676  * only 'domain'.
2677  */
2678 static uma_slab_t
2679 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2680 {
2681         uma_domain_t dom;
2682         uma_slab_t slab;
2683         int start;
2684
2685         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2686             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2687
2688         slab = NULL;
2689         start = domain;
2690         do {
2691                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2692                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2693                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2694                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2695                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2696                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2697                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2698                         return (slab);
2699                 }
2700                 if (rr)
2701                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2702         } while (domain != start);
2703
2704         return (NULL);
2705 }
2706
2707 static uma_slab_t
2708 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2709 {
2710         uint32_t reserve;
2711
2712         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2713
2714         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2715         if (keg->uk_free <= reserve)
2716                 return (NULL);
2717         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2718 }
2719
2720 static uma_slab_t
2721 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2722 {
2723         struct vm_domainset_iter di;
2724         uma_domain_t dom;
2725         uma_slab_t slab;
2726         int aflags, domain;
2727         bool rr;
2728
2729 restart:
2730         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2731
2732         /*
2733          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2734          * domain (as happens with first-touch zones).
2735          *
2736          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2737          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2738          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2739          */
2740         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2741         if (rr) {
2742                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2743                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2744                     &aflags);
2745         } else {
2746                 aflags = flags;
2747                 domain = rdomain;
2748         }
2749
2750         for (;;) {
2751                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2752                 if (slab != NULL) {
2753                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2754                         return (slab);
2755                 }
2756
2757                 /*
2758                  * M_NOVM means don't ask at all!
2759                  */
2760                 if (flags & M_NOVM)
2761                         break;
2762
2763                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2764                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2765                         /*
2766                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2767                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2768                          */
2769                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2770                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2771                                 zone_log_warning(zone);
2772                                 zone_maxaction(zone);
2773                         }
2774                         if (flags & M_NOWAIT)
2775                                 return (NULL);
2776                         zone->uz_sleeps++;
2777                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2778                         continue;
2779                 }
2780                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
2781                 /*
2782                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2783                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2784                  * at least one item.
2785                  */
2786                 if (slab) {
2787                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2788                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2789                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2790                         return (slab);
2791                 }
2792                 KEG_LOCK(keg);
2793                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2794                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2795                                 KEG_UNLOCK(keg);
2796                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2797                                 KEG_LOCK(keg);
2798                                 goto restart;
2799                         }
2800                         break;
2801                 }
2802         }
2803
2804         /*
2805          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2806          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2807          * fail.
2808          */
2809         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2810                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2811                 return (slab);
2812         }
2813         return (NULL);
2814 }
2815
2816 static uma_slab_t
2817 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2818 {
2819         uma_slab_t slab;
2820
2821         if (keg == NULL) {
2822                 keg = zone_first_keg(zone);
2823                 KEG_LOCK(keg);
2824         }
2825
2826         for (;;) {
2827                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2828                 if (slab)
2829                         return (slab);
2830                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2831                         break;
2832         }
2833         KEG_UNLOCK(keg);
2834         return (NULL);
2835 }
2836
2837 /*
2838  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2839  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2840  *
2841  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2842  */
2843 static uma_slab_t
2844 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int domain, int rflags)
2845 {
2846         uma_klink_t klink;
2847         uma_slab_t slab;
2848         uma_keg_t keg;
2849         int flags;
2850         int empty;
2851         int full;
2852
2853         /*
2854          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2855          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2856          * without blocking.
2857          */
2858         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2859         /*
2860          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2861          * the search.
2862          */
2863         if (last != NULL) {
2864                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, domain, flags);
2865                 if (slab)
2866                         return (slab);
2867                 KEG_UNLOCK(last);
2868         }
2869         /*
2870          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2871          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2872          * required but we've done it for so long now.
2873          */
2874         for (;;) {
2875                 empty = 0;
2876                 full = 0;
2877                 /*
2878                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2879                  * correct lock while calling into the keg layer.
2880                  */
2881                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2882                         keg = klink->kl_keg;
2883                         KEG_LOCK(keg);
2884                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2885                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2886                                 if (slab)
2887                                         return (slab);
2888                         }
2889                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2890                                 full++;
2891                         else
2892                                 empty++;
2893                         KEG_UNLOCK(keg);
2894                 }
2895                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2896                         break;
2897                 flags = rflags;
2898                 /*
2899                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2900                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2901                  */
2902                 if (full && !empty) {
2903                         ZONE_LOCK(zone);
2904                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2905                         zone->uz_sleeps++;
2906                         zone_log_warning(zone);
2907                         zone_maxaction(zone);
2908                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2909                             "zonelimit", hz/100);
2910                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2911                         ZONE_UNLOCK(zone);
2912                         continue;
2913                 }
2914         }
2915         return (NULL);
2916 }
2917
2918 static void *
2919 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2920 {
2921         uma_domain_t dom;
2922         void *item;
2923         uint8_t freei;
2924
2925         MPASS(keg == slab->us_keg);
2926         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2927
2928         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2929         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2930         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2931         slab->us_freecount--;
2932         keg->uk_free--;
2933
2934         /* Move this slab to the full list */
2935         if (slab->us_freecount == 0) {
2936                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2937                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2938                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2939         }
2940
2941         return (item);
2942 }
2943
2944 static int
2945 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2946 {
2947         uma_slab_t slab;
2948         uma_keg_t keg;
2949 #ifdef NUMA
2950         int stripe;
2951 #endif
2952         int i;
2953
2954         slab = NULL;
2955         keg = NULL;
2956         /* Try to keep the buckets totally full */
2957         for (i = 0; i < max; ) {
2958                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2959                         break;
2960                 keg = slab->us_keg;
2961 #ifdef NUMA
2962                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2963 #endif
2964                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2965                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2966                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2967                                 break;
2968 #ifdef NUMA
2969                         /*
2970                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2971                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2972                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2973                          * than stripe within each bucket.  The current option
2974                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2975                          * time but yields better distribution.
2976                          */
2977                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2978                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2979                                 break;
2980 #endif
2981                 }
2982                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2983                 flags &= ~M_WAITOK;
2984                 flags |= M_NOWAIT;
2985         }
2986         if (slab != NULL)
2987                 KEG_UNLOCK(keg);
2988
2989         return i;
2990 }
2991
2992 static uma_bucket_t
2993 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2994 {
2995         uma_bucket_t bucket;
2996         int max;
2997
2998         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
2999
3000         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
3001         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
3002         if (bucket == NULL)
3003                 return (NULL);
3004
3005         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
3006         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
3007             max, domain, flags);
3008
3009         /*
3010          * Initialize the memory if necessary.
3011          */
3012         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
3013                 int i;
3014
3015                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
3016                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
3017                             flags) != 0)
3018                                 break;
3019                 /*
3020                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
3021                  * rest back onto the freelist.
3022                  */
3023                 if (i != bucket->ub_cnt) {
3024                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
3025                             bucket->ub_cnt - i);
3026 #ifdef INVARIANTS
3027                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
3028                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
3029 #endif
3030                         bucket->ub_cnt = i;
3031                 }
3032         }
3033
3034         if (bucket->ub_cnt == 0) {
3035                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3036                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3037                 return (NULL);
3038         }
3039
3040         return (bucket);
3041 }
3042
3043 /*
3044  * Allocates a single item from a zone.
3045  *
3046  * Arguments
3047  *      zone   The zone to alloc for.
3048  *      udata  The data to be passed to the constructor.
3049  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
3050  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
3051  *
3052  * Returns
3053  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
3054  *      An item if successful
3055  */
3056
3057 static void *
3058 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3059 {
3060         void *item;
3061 #ifdef INVARIANTS
3062         bool skipdbg;
3063 #endif
3064
3065         item = NULL;
3066
3067         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3068                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3069                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3070                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3071         }
3072         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
3073                 goto fail;
3074         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
3075
3076 #ifdef INVARIANTS
3077         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3078 #endif
3079         /*
3080          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
3081          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
3082          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
3083          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
3084          */
3085         if (zone->uz_init != NULL) {
3086                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3087                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
3088                         goto fail;
3089                 }
3090         }
3091         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3092 #ifdef INVARIANTS
3093             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
3094             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
3095 #endif
3096             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
3097                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3098                 goto fail;
3099         }
3100 #ifdef INVARIANTS
3101         if (!skipdbg)
3102                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3103 #endif
3104         if (flags & M_ZERO)
3105                 uma_zero_item(item, zone);
3106
3107         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
3108             zone->uz_name, zone);
3109
3110         return (item);
3111
3112 fail:
3113         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
3114             zone->uz_name, zone);
3115         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3116         return (NULL);
3117 }
3118
3119 /* See uma.h */
3120 void
3121 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3122 {
3123         uma_cache_t cache;
3124         uma_bucket_t bucket;
3125         uma_zone_domain_t zdom;
3126         int cpu, domain, lockfail;
3127 #ifdef INVARIANTS
3128         bool skipdbg;
3129 #endif
3130
3131         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3132         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3133
3134         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3135             zone->uz_name);
3136
3137         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3138             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3139
3140         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3141         if (item == NULL)
3142                 return;
3143 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3144         if (is_memguard_addr(item)) {
3145                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3146                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3147                 if (zone->uz_fini != NULL)
3148                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3149                 memguard_free(item);
3150                 return;
3151         }
3152 #endif
3153 #ifdef INVARIANTS
3154         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3155         if (skipdbg == false) {
3156                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3157                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3158                 else
3159                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3160         }
3161         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3162             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3163 #else
3164         if (zone->uz_dtor != NULL)
3165 #endif
3166                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3167
3168         /*
3169          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3170          * a little longer for the limits to be reset.
3171          */
3172         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
3173                 goto zfree_item;
3174
3175         /*
3176          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3177          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3178          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3179          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3180          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3181          * preemption and migration.  We release the critical section in
3182          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3183          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3184          * detect and handle migration if it has occurred.
3185          */
3186 zfree_restart:
3187         critical_enter();
3188         cpu = curcpu;
3189         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3190
3191 zfree_start:
3192         /*
3193          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3194          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3195          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3196          */
3197         bucket = cache->uc_allocbucket;
3198         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3199                 bucket = cache->uc_freebucket;
3200         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3201                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3202                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3203                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3204                 bucket->ub_cnt++;
3205                 cache->uc_frees++;
3206                 critical_exit();
3207                 return;
3208         }
3209
3210         /*
3211          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3212          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3213          * section.  Since the critical section is released, we may be
3214          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3215          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3216          * the critical section.
3217          */
3218         critical_exit();
3219         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3220                 goto zfree_item;
3221
3222         lockfail = 0;
3223         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3224                 /* Record contention to size the buckets. */
3225                 ZONE_LOCK(zone);
3226                 lockfail = 1;
3227         }
3228         critical_enter();
3229         cpu = curcpu;
3230         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3231
3232         bucket = cache->uc_freebucket;
3233         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3234                 ZONE_UNLOCK(zone);
3235                 goto zfree_start;
3236         }
3237         cache->uc_freebucket = NULL;
3238         /* We are no longer associated with this CPU. */
3239         critical_exit();
3240
3241         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3242                 domain = PCPU_GET(domain);
3243                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3244                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3245         } else
3246                 domain = 0;
3247         zdom = &zone->uz_domain[0];
3248
3249         /* Can we throw this on the zone full list? */
3250         if (bucket != NULL) {
3251                 CTR3(KTR_UMA,
3252                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3253                     zone->uz_name, zone, bucket);
3254                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3255                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
3256                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
3257                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
3258                         ZONE_UNLOCK(zone);
3259                         bucket_drain(zone, bucket);
3260                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3261                         goto zfree_restart;
3262                 } else
3263                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3264         }
3265
3266         /*
3267          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3268          * handle the working set.
3269          */
3270         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
3271                 zone->uz_count++;
3272         ZONE_UNLOCK(zone);
3273
3274         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3275         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3276             zone->uz_name, zone, bucket);
3277         if (bucket) {
3278                 critical_enter();
3279                 cpu = curcpu;
3280                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3281                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3282                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3283                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3284                         cache->uc_freebucket = bucket;
3285                         goto zfree_start;
3286                 }
3287                 /*
3288                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3289                  * critical section to free the bucket.
3290                  */
3291                 critical_exit();
3292                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3293                 goto zfree_restart;
3294         }
3295
3296         /*
3297          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3298          */
3299 zfree_item:
3300         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3301
3302         return;
3303 }
3304
3305 void
3306 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3307 {
3308
3309         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3310         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3311
3312         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3313             zone->uz_name);
3314
3315         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3316             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3317
3318         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3319         if (item == NULL)
3320                 return;
3321         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3322 }
3323
3324 static void
3325 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
3326 {
3327         uma_domain_t dom;
3328         uint8_t freei;
3329
3330         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
3331         MPASS(keg == slab->us_keg);
3332
3333         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3334
3335         /* Do we need to remove from any lists? */
3336         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3337                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3338                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3339         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3340                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3341                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3342         }
3343
3344         /* Slab management. */
3345         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3346         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3347         slab->us_freecount++;
3348
3349         /* Keg statistics. */
3350         keg->uk_free++;
3351 }
3352
3353 static void
3354 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3355 {
3356         void *item;
3357         uma_slab_t slab;
3358         uma_keg_t keg;
3359         uint8_t *mem;
3360         int clearfull;
3361         int i;
3362
3363         clearfull = 0;
3364         keg = zone_first_keg(zone);
3365         KEG_LOCK(keg);
3366         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3367                 item = bucket[i];
3368                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3369                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3370                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3371                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3372                         } else {
3373                                 mem += keg->uk_pgoff;
3374                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3375                         }
3376                 } else {
3377                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3378                         if (slab->us_keg != keg) {
3379                                 KEG_UNLOCK(keg);
3380                                 keg = slab->us_keg;
3381                                 KEG_LOCK(keg);
3382                         }
3383                 }
3384                 slab_free_item(keg, slab, item);
3385                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
3386                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
3387                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3388                                 clearfull = 1;
3389                         }
3390
3391                         /*
3392                          * We can handle one more allocation. Since we're
3393                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
3394                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
3395                          * simple for now (rather than adding count of blocked
3396                          * threads etc).
3397                          */
3398                         wakeup(keg);
3399                 }
3400         }
3401         KEG_UNLOCK(keg);
3402         if (clearfull) {
3403                 ZONE_LOCK(zone);
3404                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3405                 wakeup(zone);
3406                 ZONE_UNLOCK(zone);
3407         }
3408
3409 }
3410
3411 /*
3412  * Frees a single item to any zone.
3413  *
3414  * Arguments:
3415  *      zone   The zone to free to
3416  *      item   The item we're freeing
3417  *      udata  User supplied data for the dtor
3418  *      skip   Skip dtors and finis
3419  */
3420 static void
3421 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3422 {
3423 #ifdef INVARIANTS
3424         bool skipdbg;
3425
3426         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3427         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3428                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3429                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3430                 else
3431                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3432         }
3433
3434         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3435             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3436             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3437 #else
3438         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3439 #endif
3440                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3441
3442         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3443                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3444
3445         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
3446         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3447 }
3448
3449 /* See uma.h */
3450 int
3451 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3452 {
3453         uma_keg_t keg;
3454
3455         keg = zone_first_keg(zone);
3456         if (keg == NULL)
3457                 return (0);
3458         KEG_LOCK(keg);
3459         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
3460         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
3461                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
3462         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3463         KEG_UNLOCK(keg);
3464
3465         return (nitems);
3466 }
3467
3468 /* See uma.h */
3469 int
3470 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3471 {
3472         int nitems;
3473         uma_keg_t keg;
3474
3475         keg = zone_first_keg(zone);
3476         if (keg == NULL)
3477                 return (0);
3478         KEG_LOCK(keg);
3479         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3480         KEG_UNLOCK(keg);
3481
3482         return (nitems);
3483 }
3484
3485 /* See uma.h */
3486 void
3487 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3488 {
3489
3490         ZONE_LOCK(zone);
3491         zone->uz_warning = warning;
3492         ZONE_UNLOCK(zone);
3493 }
3494
3495 /* See uma.h */
3496 void
3497 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3498 {
3499
3500         ZONE_LOCK(zone);
3501         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3502         ZONE_UNLOCK(zone);
3503 }
3504
3505 /* See uma.h */
3506 int
3507 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3508 {
3509         int64_t nitems;
3510         u_int i;
3511
3512         ZONE_LOCK(zone);
3513         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
3514         CPU_FOREACH(i) {
3515                 /*
3516                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3517                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3518                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3519                  */
3520                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3521                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3522         }
3523         ZONE_UNLOCK(zone);
3524
3525         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3526 }
3527
3528 /* See uma.h */
3529 void
3530 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3531 {
3532         uma_keg_t keg;
3533
3534         keg = zone_first_keg(zone);
3535         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3536         KEG_LOCK(keg);
3537         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3538             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3539         keg->uk_init = uminit;
3540         KEG_UNLOCK(keg);
3541 }
3542
3543 /* See uma.h */
3544 void
3545 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3546 {
3547         uma_keg_t keg;
3548
3549         keg = zone_first_keg(zone);
3550         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3551         KEG_LOCK(keg);
3552         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3553             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3554         keg->uk_fini = fini;
3555         KEG_UNLOCK(keg);
3556 }
3557
3558 /* See uma.h */
3559 void
3560 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3561 {
3562
3563         ZONE_LOCK(zone);
3564         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3565             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3566         zone->uz_init = zinit;
3567         ZONE_UNLOCK(zone);
3568 }
3569
3570 /* See uma.h */
3571 void
3572 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3573 {
3574
3575         ZONE_LOCK(zone);
3576         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3577             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3578         zone->uz_fini = zfini;
3579         ZONE_UNLOCK(zone);
3580 }
3581
3582 /* See uma.h */
3583 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3584 void
3585 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3586 {
3587         uma_keg_t keg;
3588
3589         keg = zone_first_keg(zone);
3590         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3591         KEG_LOCK(keg);
3592         keg->uk_freef = freef;
3593         KEG_UNLOCK(keg);
3594 }
3595
3596 /* See uma.h */
3597 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3598 void
3599 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3600 {
3601         uma_keg_t keg;
3602
3603         keg = zone_first_keg(zone);
3604         KEG_LOCK(keg);
3605         keg->uk_allocf = allocf;
3606         KEG_UNLOCK(keg);
3607 }
3608
3609 /* See uma.h */
3610 void
3611 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3612 {
3613         uma_keg_t keg;
3614
3615         keg = zone_first_keg(zone);
3616         if (keg == NULL)
3617                 return;
3618         KEG_LOCK(keg);
3619         keg->uk_reserve = items;
3620         KEG_UNLOCK(keg);
3621
3622         return;
3623 }
3624
3625 /* See uma.h */
3626 int
3627 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3628 {
3629         uma_keg_t keg;
3630         vm_offset_t kva;
3631         u_int pages;
3632
3633         keg = zone_first_keg(zone);
3634         if (keg == NULL)
3635                 return (0);
3636         pages = count / keg->uk_ipers;
3637
3638         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3639                 pages++;
3640         pages *= keg->uk_ppera;
3641
3642 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3643         if (keg->uk_ppera > 1) {
3644 #else
3645         if (1) {
3646 #endif
3647                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3648                 if (kva == 0)
3649                         return (0);
3650         } else
3651                 kva = 0;
3652         KEG_LOCK(keg);
3653         keg->uk_kva = kva;
3654         keg->uk_offset = 0;
3655         keg->uk_maxpages = pages;
3656 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3657         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3658 #else
3659         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3660 #endif
3661         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3662         KEG_UNLOCK(keg);
3663
3664         return (1);
3665 }
3666
3667 /* See uma.h */
3668 void
3669 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3670 {
3671         struct vm_domainset_iter di;
3672         uma_domain_t dom;
3673         uma_slab_t slab;
3674         uma_keg_t keg;
3675         int aflags, domain, slabs;
3676
3677         keg = zone_first_keg(zone);
3678         if (keg == NULL)
3679                 return;
3680         KEG_LOCK(keg);
3681         slabs = items / keg->uk_ipers;
3682         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3683                 slabs++;
3684         while (slabs-- > 0) {
3685                 aflags = M_NOWAIT;
3686                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3687                     &aflags);
3688                 for (;;) {
3689                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
3690                             aflags);
3691                         if (slab != NULL) {
3692                                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3693                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3694                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
3695                                     us_link);
3696                                 break;
3697                         }
3698                         KEG_LOCK(keg);
3699                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3700                                 KEG_UNLOCK(keg);
3701                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
3702                                 KEG_LOCK(keg);
3703                         }
3704                 }
3705         }
3706         KEG_UNLOCK(keg);
3707 }
3708
3709 /* See uma.h */
3710 static void
3711 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3712 {
3713
3714         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3715         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3716         bucket_enable();
3717         zone_foreach(zone_drain);
3718         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3719                 cache_drain_safe(NULL);
3720                 zone_foreach(zone_drain);
3721         }
3722
3723         /*
3724          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3725          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3726          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3727          */
3728         zone_drain(slabzone);
3729         bucket_zone_drain();
3730 }
3731
3732 void
3733 uma_reclaim(void)
3734 {
3735
3736         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3737         uma_reclaim_locked(false);
3738         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3739 }
3740
3741 static volatile int uma_reclaim_needed;
3742
3743 void
3744 uma_reclaim_wakeup(void)
3745 {
3746
3747         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3748                 wakeup(uma_reclaim);
3749 }
3750
3751 void
3752 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3753 {
3754
3755         for (;;) {
3756                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3757                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3758                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3759                             hz);
3760                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3761                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3762                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3763                 uma_reclaim_locked(true);
3764                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3765                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3766                 /* Don't fire more than once per-second. */
3767                 pause("umarclslp", hz);
3768         }
3769 }
3770
3771 /* See uma.h */
3772 int
3773 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3774 {
3775         int full;
3776
3777         ZONE_LOCK(zone);
3778         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3779         ZONE_UNLOCK(zone);
3780         return (full);
3781 }
3782
3783 int
3784 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3785 {
3786         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3787 }
3788
3789 void *
3790 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3791 {
3792         struct domainset *policy;
3793         vm_offset_t addr;
3794         uma_slab_t slab;
3795
3796         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3797                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3798                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3799                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3800         }
3801         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3802         if (slab == NULL)
3803                 return (NULL);
3804         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3805             DOMAINSET_FIXED(domain);
3806         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3807         if (addr != 0) {
3808                 vsetslab(addr, slab);
3809                 slab->us_data = (void *)addr;
3810                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3811                 slab->us_size = size;
3812                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3813                     pmap_kextract(addr)));
3814                 uma_total_inc(size);
3815         } else {
3816                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3817         }
3818
3819         return ((void *)addr);
3820 }
3821
3822 void *
3823 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3824 {
3825
3826         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3827 }
3828
3829 void
3830 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3831 {
3832
3833         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3834             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3835         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3836         uma_total_dec(slab->us_size);
3837         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3838 }
3839
3840 static void
3841 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3842 {
3843
3844         bzero(item, zone->uz_size);
3845 }
3846
3847 unsigned long
3848 uma_limit(void)
3849 {
3850
3851         return (uma_kmem_limit);
3852 }
3853
3854 void
3855 uma_set_limit(unsigned long limit)
3856 {
3857
3858         uma_kmem_limit = limit;
3859 }
3860
3861 unsigned long
3862 uma_size(void)
3863 {
3864
3865         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
3866 }
3867
3868 long
3869 uma_avail(void)
3870 {
3871
3872         return (uma_kmem_limit - uma_size());
3873 }
3874
3875 void
3876 uma_print_stats(void)
3877 {
3878         zone_foreach(uma_print_zone);
3879 }
3880
3881 static void
3882 slab_print(uma_slab_t slab)
3883 {
3884         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3885                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3886 }
3887
3888 static void
3889 cache_print(uma_cache_t cache)
3890 {
3891         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3892                 cache->uc_allocbucket,
3893                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3894                 cache->uc_freebucket,
3895                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3896 }
3897
3898 static void
3899 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3900 {
3901         uma_domain_t dom;
3902         uma_slab_t slab;
3903         int i;
3904
3905         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3906             "out %d free %d limit %d\n",
3907             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3908             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3909             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3910             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3911         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3912                 dom = &keg->uk_domain[i];
3913                 printf("Part slabs:\n");
3914                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3915                         slab_print(slab);
3916                 printf("Free slabs:\n");
3917                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3918                         slab_print(slab);
3919                 printf("Full slabs:\n");
3920                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3921                         slab_print(slab);
3922         }
3923 }
3924
3925 void
3926 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3927 {
3928         uma_cache_t cache;
3929         uma_klink_t kl;
3930         int i;
3931
3932         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3933             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3934         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3935                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3936         CPU_FOREACH(i) {
3937                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3938                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3939                 cache_print(cache);
3940         }
3941 }
3942
3943 #ifdef DDB
3944 /*
3945  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3946  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3947  *
3948  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3949  * per-CPU cache statistic.
3950  *
3951  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3952  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3953  * directly so that we don't have to.
3954  */
3955 static void
3956 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3957     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3958 {
3959         uma_cache_t cache;
3960         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3961         int cachefree, cpu;
3962
3963         allocs = frees = sleeps = 0;
3964         cachefree = 0;
3965         CPU_FOREACH(cpu) {
3966                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3967                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3968                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3969                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3970                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3971                 allocs += cache->uc_allocs;
3972                 frees += cache->uc_frees;
3973         }
3974         allocs += z->uz_allocs;
3975         frees += z->uz_frees;
3976         sleeps += z->uz_sleeps;
3977         if (cachefreep != NULL)
3978                 *cachefreep = cachefree;
3979         if (allocsp != NULL)
3980                 *allocsp = allocs;
3981         if (freesp != NULL)
3982                 *freesp = frees;
3983         if (sleepsp != NULL)
3984                 *sleepsp = sleeps;
3985 }
3986 #endif /* DDB */
3987
3988 static int
3989 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3990 {
3991         uma_keg_t kz;
3992         uma_zone_t z;
3993         int count;
3994
3995         count = 0;
3996         rw_rlock(&uma_rwlock);
3997         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3998                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3999                         count++;
4000         }
4001         rw_runlock(&uma_rwlock);
4002         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
4003 }
4004
4005 static int
4006 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4007 {
4008         struct uma_stream_header ush;
4009         struct uma_type_header uth;
4010         struct uma_percpu_stat *ups;
4011         uma_zone_domain_t zdom;
4012         struct sbuf sbuf;
4013         uma_cache_t cache;
4014         uma_klink_t kl;
4015         uma_keg_t kz;
4016         uma_zone_t z;
4017         uma_keg_t k;
4018         int count, error, i;
4019
4020         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4021         if (error != 0)
4022                 return (error);
4023         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
4024         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
4025         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
4026
4027         count = 0;
4028         rw_rlock(&uma_rwlock);
4029         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4030                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
4031                         count++;
4032         }
4033
4034         /*
4035          * Insert stream header.
4036          */
4037         bzero(&ush, sizeof(ush));
4038         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
4039         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
4040         ush.ush_count = count;
4041         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
4042
4043         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4044                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4045                         bzero(&uth, sizeof(uth));
4046                         ZONE_LOCK(z);
4047                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
4048                         uth.uth_align = kz->uk_align;
4049                         uth.uth_size = kz->uk_size;
4050                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
4051                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
4052                                 k = kl->kl_keg;
4053                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
4054                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
4055                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
4056                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
4057                                     * k->uk_ipers;
4058                         }
4059
4060                         /*
4061                          * A zone is secondary is it is not the first entry
4062                          * on the keg's zone list.
4063                          */
4064                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4065                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
4066                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
4067
4068                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4069                                 zdom = &z->uz_domain[i];
4070                                 uth.uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
4071                         }
4072                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
4073                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
4074                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
4075                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
4076                         /*
4077                          * While it is not normally safe to access the cache
4078                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
4079                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
4080                          * without the zone lock held, not invalidated, so
4081                          * accept the possible race associated with bucket
4082                          * exchange during monitoring.
4083                          */
4084                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
4085                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
4086                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
4087                                     CPU_ABSENT(i))
4088                                         continue;
4089                                 cache = &z->uz_cpu[i];
4090                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
4091                                         ups[i].ups_cache_free +=
4092                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
4093                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
4094                                         ups[i].ups_cache_free +=
4095                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
4096                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
4097                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
4098                         }
4099                         ZONE_UNLOCK(z);
4100                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4101                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4102                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4103                 }
4104         }
4105         rw_runlock(&uma_rwlock);
4106         error = sbuf_finish(&sbuf);
4107         sbuf_delete(&sbuf);
4108         free(ups, M_TEMP);
4109         return (error);
4110 }
4111
4112 int
4113 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4114 {
4115         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4116         int error, max;
4117
4118         max = uma_zone_get_max(zone);
4119         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4120         if (error || !req->newptr)
4121                 return (error);
4122
4123         uma_zone_set_max(zone, max);
4124
4125         return (0);
4126 }
4127
4128 int
4129 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4130 {
4131         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4132         int cur;
4133
4134         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4135         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4136 }
4137
4138 #ifdef INVARIANTS
4139 static uma_slab_t
4140 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4141 {
4142         uma_slab_t slab;
4143         uma_keg_t keg;
4144         uint8_t *mem;
4145
4146         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4147         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4148                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4149         } else {
4150                 /*
4151                  * It is safe to return the slab here even though the
4152                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4153                  * essentially holds a reference.
4154                  */
4155                 ZONE_LOCK(zone);
4156                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
4157                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4158                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4159                 else
4160                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4161                 ZONE_UNLOCK(zone);
4162         }
4163
4164         return (slab);
4165 }
4166
4167 static bool
4168 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4169 {
4170         uma_keg_t keg;
4171
4172         if ((keg = zone_first_keg(zone)) == NULL)
4173                 return (true);
4174
4175         return (uma_dbg_kskip(keg, mem));
4176 }
4177
4178 static bool
4179 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4180 {
4181         uintptr_t idx;
4182
4183         if (dbg_divisor == 0)
4184                 return (true);
4185
4186         if (dbg_divisor == 1)
4187                 return (false);
4188
4189         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4190         if (keg->uk_ipers > 1) {
4191                 idx *= keg->uk_ipers;
4192                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4193         }
4194
4195         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4196                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4197                 return (true);
4198         }
4199         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4200
4201         return (false);
4202 }
4203
4204 /*
4205  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4206  *
4207  */
4208 static void
4209 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4210 {
4211         uma_keg_t keg;
4212         int freei;
4213
4214         if (slab == NULL) {
4215                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4216                 if (slab == NULL)
4217                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4218                             item, zone->uz_name);
4219         }
4220         keg = slab->us_keg;
4221         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4222
4223         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4224                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4225                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4226         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4227
4228         return;
4229 }
4230
4231 /*
4232  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4233  * and duplicate frees.
4234  *
4235  */
4236 static void
4237 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4238 {
4239         uma_keg_t keg;
4240         int freei;
4241
4242         if (slab == NULL) {
4243                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4244                 if (slab == NULL)
4245                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4246                             item, zone->uz_name);
4247         }
4248         keg = slab->us_keg;
4249         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4250
4251         if (freei >= keg->uk_ipers)
4252                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4253                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4254
4255         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4256                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4257                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4258
4259         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4260                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4261                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4262
4263         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4264 }
4265 #endif /* INVARIANTS */
4266
4267 #ifdef DDB
4268 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4269 {
4270         uma_keg_t kz;
4271         uma_zone_t z;
4272         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4273         long cachefree;
4274         int i;
4275
4276         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4277             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4278         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4279                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4280                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4281                                 allocs = z->uz_allocs;
4282                                 frees = z->uz_frees;
4283                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4284                                 cachefree = 0;
4285                         } else
4286                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4287                                     &frees, &sleeps);
4288                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4289                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4290                                 cachefree += kz->uk_free;
4291                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4292                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4293
4294                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u\n",
4295                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4296                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4297                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4298                         if (db_pager_quit)
4299                                 return;
4300                 }
4301         }
4302 }
4303
4304 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4305 {
4306         uma_zone_t z;
4307         uint64_t allocs, frees;
4308         long cachefree;
4309         int i;
4310
4311         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4312             "Requests", "Bucket");
4313         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4314                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4315                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4316                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4317                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4318                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4319                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4320                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4321                 if (db_pager_quit)
4322                         return;
4323         }
4324 }
4325 #endif  /* DDB */