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 {
 160         BOOT_COLD,
 161         BOOT_STRAPPED,
 162         BOOT_PAGEALLOC,
 163         BOOT_BUCKETS,
 164         BOOT_RUNNING,
 165         BOOT_SHUTDOWN,
 166 } booted = BOOT_COLD;
 167
 168 /*
 169  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 170  * outside of the allocation fast path.
 171  */
 172 static struct callout uma_callout;
 173 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 174
 175 /*
 176  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 177  * a special allocation function just for zones.
 178  */
 179 struct uma_zctor_args {
 180         const char *name;
 181         size_t size;
 182         uma_ctor ctor;
 183         uma_dtor dtor;
 184         uma_init uminit;
 185         uma_fini fini;
 186         uma_import import;
 187         uma_release release;
 188         void *arg;
 189         uma_keg_t keg;
 190         int align;
 191         uint32_t flags;
 192 };
 193
 194 struct uma_kctor_args {
 195         uma_zone_t zone;
 196         size_t size;
 197         uma_init uminit;
 198         uma_fini fini;
 199         int align;
 200         uint32_t flags;
 201 };
 202
 203 struct uma_bucket_zone {
 204         uma_zone_t      ubz_zone;
 205         char            *ubz_name;
 206         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 207         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 208 };
 209
 210 /*
 211  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 212  * of two sizes for more efficient space utilization.
 213  */
 214 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 215     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 216
 217 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 218
 219 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 220         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 221         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 222         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 223         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 224         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 225         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 226         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 227         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 228         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 229         { NULL, NULL, 0}
 230 };
 231
 232 /*
 233  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 234  */
 235 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
 236
 237 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 238
 239 /* Prototypes.. */
 240
 241 int     uma_startup_count(int);
 242 void    uma_startup(void *, int);
 243 void    uma_startup1(void);
 244 void    uma_startup2(void);
 245
 246 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 247 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 248 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 249 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 250 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 251 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 252 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 253 static void cache_drain(uma_zone_t);
 254 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 255 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 256 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 257 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 258 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 259 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 260 static int zero_init(void *, int, int);
 261 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 262 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 263 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 264 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 265 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
 266 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 267 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 268 static void uma_timeout(void *);
 269 static void uma_startup3(void);
 270 static void uma_shutdown(void);
 271 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 272 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 273 static void bucket_enable(void);
 274 static void bucket_init(void);
 275 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 276 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 277 static void bucket_zone_drain(void);
 278 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 279 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 280 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 281 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 282 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
 283 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 284     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 285 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 286 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 287 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 288
 289 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 290 void uma_print_stats(void);
 291 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 292 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 293
 294 #ifdef INVARIANTS
 295 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 296 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 297 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 298 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 299
 300 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 301     "Memory allocation debugging");
 302
 303 static u_int dbg_divisor = 1;
 304 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 305     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 306     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 307
 308 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 309 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 310 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 311     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 312 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 313     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 314 #endif
 315
 316 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 317
 318 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 319     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 320
 321 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 322     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 323
 324 static int zone_warnings = 1;
 325 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 326     "Warn when UMA zones becomes full");
 327
 328 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 329 static inline void
 330 uma_total_dec(unsigned long size)
 331 {
 332
 333         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 334 }
 335
 336 static inline void
 337 uma_total_inc(unsigned long size)
 338 {
 339
 340         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 341                 uma_reclaim_wakeup();
 342 }
 343
 344 /*
 345  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 346  */
 347 static void
 348 bucket_enable(void)
 349 {
 350         bucketdisable = vm_page_count_min();
 351 }
 352
 353 /*
 354  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 355  *
 356  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 357  * of the header and an array of pointers.
 358  */
 359 static void
 360 bucket_init(void)
 361 {
 362         struct uma_bucket_zone *ubz;
 363         int size;
 364
 365         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 366                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 367                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 368                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 369                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 370                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 371         }
 372 }
 373
 374 /*
 375  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 376  * to allocate the bucket.
 377  */
 378 static struct uma_bucket_zone *
 379 bucket_zone_lookup(int entries)
 380 {
 381         struct uma_bucket_zone *ubz;
 382
 383         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 384                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 385                         return (ubz);
 386         ubz--;
 387         return (ubz);
 388 }
 389
 390 static int
 391 bucket_select(int size)
 392 {
 393         struct uma_bucket_zone *ubz;
 394
 395         ubz = &bucket_zones[0];
 396         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 397                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 398
 399         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 400                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 401                         break;
 402         ubz--;
 403         return (ubz->ubz_entries);
 404 }
 405
 406 static uma_bucket_t
 407 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 408 {
 409         struct uma_bucket_zone *ubz;
 410         uma_bucket_t bucket;
 411
 412         /*
 413          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 414          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 415          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 416          * low memory situations.
 417          */
 418         if (bucketdisable)
 419                 return (NULL);
 420         /*
 421          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 422          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 423          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 424          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 425          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 426          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 427          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 428          * free path.
 429          */
 430         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 431                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 432         else {
 433                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 434                         return (NULL);
 435                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 436         }
 437         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 438                 flags |= M_NOVM;
 439         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 440         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 441                 ubz++;
 442         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 443         if (bucket) {
 444 #ifdef INVARIANTS
 445                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 446 #endif
 447                 bucket->ub_cnt = 0;
 448                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 449         }
 450
 451         return (bucket);
 452 }
 453
 454 static void
 455 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 456 {
 457         struct uma_bucket_zone *ubz;
 458
 459         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 460             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 461         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 462                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 463         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 464         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 465 }
 466
 467 static void
 468 bucket_zone_drain(void)
 469 {
 470         struct uma_bucket_zone *ubz;
 471
 472         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 473                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 474 }
 475
 476 static uma_bucket_t
 477 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
 478 {
 479         uma_bucket_t bucket;
 480
 481         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 482
 483         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 484                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
 485                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 486                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 487                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 488                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 489         }
 490         return (bucket);
 491 }
 492
 493 static void
 494 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, uma_bucket_t bucket,
 495     const bool ws)
 496 {
 497
 498         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 499
 500         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 501         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 502         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
 503                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
 504 }
 505
 506 static void
 507 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 508 {
 509         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 510
 511         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 512                 return;
 513
 514         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 515                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 516 }
 517
 518 static inline void
 519 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 520 {
 521
 522         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 523                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 524 }
 525
 526 static void
 527 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
 528 {
 529         uma_klink_t klink;
 530
 531         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
 532                 kegfn(klink->kl_keg);
 533 }
 534
 535 /*
 536  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 537  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 538  *
 539  * Arguments:
 540  *      arg   Unused
 541  *
 542  * Returns:
 543  *      Nothing
 544  */
 545 static void
 546 uma_timeout(void *unused)
 547 {
 548         bucket_enable();
 549         zone_foreach(zone_timeout);
 550
 551         /* Reschedule this event */
 552         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 553 }
 554
 555 /*
 556  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 557  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 558  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 559  * last 100s.
 560  */
 561 static void
 562 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 563 {
 564         long wss;
 565
 566         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 567         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 568         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 569         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
 570 }
 571
 572 /*
 573  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 574  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 575  *
 576  *  Returns nothing.
 577  */
 578 static void
 579 keg_timeout(uma_keg_t keg)
 580 {
 581         u_int slabs;
 582
 583         KEG_LOCK(keg);
 584         /*
 585          * Expand the keg hash table.
 586          *
 587          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 588          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 589          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 590          */
 591         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 592             (slabs = keg->uk_pages / keg->uk_ppera) >
 593              keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 594                 struct uma_hash newhash;
 595                 struct uma_hash oldhash;
 596                 int ret;
 597
 598                 /*
 599                  * This is so involved because allocating and freeing
 600                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 601                  * I have to do everything in stages and check for
 602                  * races.
 603                  */
 604                 KEG_UNLOCK(keg);
 605                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
 606                 KEG_LOCK(keg);
 607                 if (ret) {
 608                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 609                                 oldhash = keg->uk_hash;
 610                                 keg->uk_hash = newhash;
 611                         } else
 612                                 oldhash = newhash;
 613
 614                         KEG_UNLOCK(keg);
 615                         hash_free(&oldhash);
 616                         return;
 617                 }
 618         }
 619         KEG_UNLOCK(keg);
 620 }
 621
 622 static void
 623 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 624 {
 625         int i;
 626
 627         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
 628
 629         ZONE_LOCK(zone);
 630         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 631                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
 632         ZONE_UNLOCK(zone);
 633 }
 634
 635 /*
 636  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 637  * backing store.
 638  *
 639  * Arguments:
 640  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 641  *
 642  * Returns:
 643  *      1 on success and 0 on failure.
 644  */
 645 static int
 646 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
 647 {
 648         size_t alloc;
 649
 650         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
 651         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
 652                 hash->uh_hashsize = size;
 653                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 654                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 655                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 656         } else {
 657                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 658                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 659                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 660                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 661         }
 662         if (hash->uh_slab_hash) {
 663                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 664                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 665                 return (1);
 666         }
 667
 668         return (0);
 669 }
 670
 671 /*
 672  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 673  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 674  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 675  *
 676  * Arguments:
 677  *      oldhash  The hash you want to expand
 678  *      newhash  The hash structure for the new table
 679  *
 680  * Returns:
 681  *      Nothing
 682  *
 683  * Discussion:
 684  */
 685 static int
 686 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 687 {
 688         uma_slab_t slab;
 689         u_int hval;
 690         u_int idx;
 691
 692         if (!newhash->uh_slab_hash)
 693                 return (0);
 694
 695         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 696                 return (0);
 697
 698         /*
 699          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 700          * full rehash.
 701          */
 702
 703         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
 704                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
 705                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
 706                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[idx], us_hlink);
 707                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 708                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 709                             slab, us_hlink);
 710                 }
 711
 712         return (1);
 713 }
 714
 715 /*
 716  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 717  *
 718  * Arguments:
 719  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 720  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 721  *
 722  * Returns:
 723  *      Nothing
 724  */
 725 static void
 726 hash_free(struct uma_hash *hash)
 727 {
 728         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 729                 return;
 730         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 731                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 732         else
 733                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 734 }
 735
 736 /*
 737  * Frees all outstanding items in a bucket
 738  *
 739  * Arguments:
 740  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 741  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 742  *
 743  * Returns:
 744  *      Nothing
 745  */
 746
 747 static void
 748 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 749 {
 750         int i;
 751
 752         if (bucket == NULL)
 753                 return;
 754
 755         if (zone->uz_fini)
 756                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 757                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 758         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 759         bucket->ub_cnt = 0;
 760 }
 761
 762 /*
 763  * Drains the per cpu caches for a zone.
 764  *
 765  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 766  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 767  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 768  *
 769  * Arguments:
 770  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 771  *
 772  * Returns:
 773  *      Nothing
 774  */
 775 static void
 776 cache_drain(uma_zone_t zone)
 777 {
 778         uma_cache_t cache;
 779         int cpu;
 780
 781         /*
 782          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 783          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 784          * of the caches at this point.
 785          *
 786          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 787          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 788          *
 789          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 790          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 791          * there in some form?
 792          */
 793         CPU_FOREACH(cpu) {
 794                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 795                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 796                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 797                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 798                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 799                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 800                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 801                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 802         }
 803         ZONE_LOCK(zone);
 804         bucket_cache_drain(zone);
 805         ZONE_UNLOCK(zone);
 806 }
 807
 808 static void
 809 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 810 {
 811
 812         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 813                 return;
 814
 815         ZONE_LOCK(zone);
 816         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 817         ZONE_UNLOCK(zone);
 818 }
 819
 820 static void
 821 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 822 {
 823         uma_cache_t cache;
 824         uma_bucket_t b1, b2;
 825         int domain;
 826
 827         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 828                 return;
 829
 830         b1 = b2 = NULL;
 831         ZONE_LOCK(zone);
 832         critical_enter();
 833         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 834                 domain = PCPU_GET(domain);
 835         else
 836                 domain = 0;
 837         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 838         if (cache->uc_allocbucket) {
 839                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 840                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 841                             cache->uc_allocbucket, false);
 842                 else
 843                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 844                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 845         }
 846         if (cache->uc_freebucket) {
 847                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 848                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 849                             cache->uc_freebucket, false);
 850                 else
 851                         b2 = cache->uc_freebucket;
 852                 cache->uc_freebucket = NULL;
 853         }
 854         critical_exit();
 855         ZONE_UNLOCK(zone);
 856         if (b1)
 857                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 858         if (b2)
 859                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 860 }
 861
 862 /*
 863  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 864  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 865  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 866  * to safely access their cache buckets.
 867  * Zone lock must not be held on call this function.
 868  */
 869 static void
 870 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 871 {
 872         int cpu;
 873
 874         /*
 875          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 876          */
 877         if (zone)
 878                 cache_shrink(zone);
 879         else
 880                 zone_foreach(cache_shrink);
 881
 882         CPU_FOREACH(cpu) {
 883                 thread_lock(curthread);
 884                 sched_bind(curthread, cpu);
 885                 thread_unlock(curthread);
 886
 887                 if (zone)
 888                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 889                 else
 890                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 891         }
 892         thread_lock(curthread);
 893         sched_unbind(curthread);
 894         thread_unlock(curthread);
 895 }
 896
 897 /*
 898  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 899  */
 900 static void
 901 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 902 {
 903         uma_zone_domain_t zdom;
 904         uma_bucket_t bucket;
 905         int i;
 906
 907         /*
 908          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 909          */
 910         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 911                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 912                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
 913                     NULL) {
 914                         ZONE_UNLOCK(zone);
 915                         bucket_drain(zone, bucket);
 916                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 917                         ZONE_LOCK(zone);
 918                 }
 919         }
 920
 921         /*
 922          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 923          * is probably lower then price of global cache drain.
 924          */
 925         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 926                 zone->uz_count--;
 927 }
 928
 929 static void
 930 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 931 {
 932         uint8_t *mem;
 933         int i;
 934         uint8_t flags;
 935
 936         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 937             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 938
 939         mem = slab->us_data;
 940         flags = slab->us_flags;
 941         i = start;
 942         if (keg->uk_fini != NULL) {
 943                 for (i--; i > -1; i--)
 944 #ifdef INVARIANTS
 945                 /*
 946                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 947                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 948                  * which executed trash_dtor.
 949                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 950                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 951                  * invocations.
 952                  */
 953                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 954                     keg->uk_fini != trash_fini)
 955 #endif
 956                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 957                             keg->uk_size);
 958         }
 959         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 960                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 961         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 962         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 963 }
 964
 965 /*
 966  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 967  * the pageout daemon.
 968  *
 969  * Returns nothing.
 970  */
 971 static void
 972 keg_drain(uma_keg_t keg)
 973 {
 974         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 975         uma_domain_t dom;
 976         uma_slab_t slab, tmp;
 977         int i;
 978
 979         /*
 980          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 981          * time
 982          */
 983         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 984                 return;
 985
 986         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 987             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 988         KEG_LOCK(keg);
 989         if (keg->uk_free == 0)
 990                 goto finished;
 991
 992         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 993                 dom = &keg->uk_domain[i];
 994                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 995                         /* We have nowhere to free these to. */
 996                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 997                                 continue;
 998
 999                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
1000                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
1001                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
1002
1003                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1004                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
1005                                     slab->us_data);
1006
1007                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
1008                 }
1009         }
1010
1011 finished:
1012         KEG_UNLOCK(keg);
1013
1014         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1015                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1016                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1017         }
1018 }
1019
1020 static void
1021 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1022 {
1023
1024         /*
1025          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1026          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1027          * is the only call that knows the structure will still be available
1028          * when it wakes up.
1029          */
1030         ZONE_LOCK(zone);
1031         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1032                 if (waitok == M_NOWAIT)
1033                         goto out;
1034                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1035         }
1036         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1037         bucket_cache_drain(zone);
1038         ZONE_UNLOCK(zone);
1039         /*
1040          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1041          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1042          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1043          */
1044         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
1045         ZONE_LOCK(zone);
1046         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1047         wakeup(zone);
1048 out:
1049         ZONE_UNLOCK(zone);
1050 }
1051
1052 void
1053 zone_drain(uma_zone_t zone)
1054 {
1055
1056         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1057 }
1058
1059 /*
1060  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1061  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1062  * otherwise the keg will be left unlocked.
1063  *
1064  * Arguments:
1065  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1066  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1067  *
1068  * Returns:
1069  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1070  *      caller specified M_NOWAIT.
1071  */
1072 static uma_slab_t
1073 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1074     int aflags)
1075 {
1076         uma_alloc allocf;
1077         uma_slab_t slab;
1078         unsigned long size;
1079         uint8_t *mem;
1080         uint8_t sflags;
1081         int i;
1082
1083         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1084             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1085         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
1086
1087         allocf = keg->uk_allocf;
1088         KEG_UNLOCK(keg);
1089
1090         slab = NULL;
1091         mem = NULL;
1092         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1093                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, aflags);
1094                 if (slab == NULL)
1095                         goto out;
1096         }
1097
1098         /*
1099          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1100          * first time they are added to a zone.
1101          *
1102          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1103          */
1104
1105         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1106                 aflags |= M_ZERO;
1107         else
1108                 aflags &= ~M_ZERO;
1109
1110         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1111                 aflags |= M_NODUMP;
1112
1113         /* zone is passed for legacy reasons. */
1114         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1115         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1116         if (mem == NULL) {
1117                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1118                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1119                 slab = NULL;
1120                 goto out;
1121         }
1122         uma_total_inc(size);
1123
1124         /* Point the slab into the allocated memory */
1125         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1126                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1127
1128         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1129                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1130                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1131
1132         slab->us_keg = keg;
1133         slab->us_data = mem;
1134         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1135         slab->us_flags = sflags;
1136         slab->us_domain = domain;
1137         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1138 #ifdef INVARIANTS
1139         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1140 #endif
1141
1142         if (keg->uk_init != NULL) {
1143                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1144                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1145                             keg->uk_size, flags) != 0)
1146                                 break;
1147                 if (i != keg->uk_ipers) {
1148                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1149                         slab = NULL;
1150                         goto out;
1151                 }
1152         }
1153         KEG_LOCK(keg);
1154
1155         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1156             slab, keg->uk_name, keg);
1157
1158         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1159                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1160
1161         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1162         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1163
1164 out:
1165         return (slab);
1166 }
1167
1168 /*
1169  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1170  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1171  * the VM is ready.
1172  */
1173 static void *
1174 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1175     int wait)
1176 {
1177         uma_keg_t keg;
1178         void *mem;
1179         int pages;
1180
1181         keg = zone_first_keg(zone);
1182
1183         /*
1184          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1185          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1186          */
1187         switch (booted) {
1188                 case BOOT_COLD:
1189                 case BOOT_STRAPPED:
1190                         break;
1191                 case BOOT_PAGEALLOC:
1192                         if (keg->uk_ppera > 1)
1193                                 break;
1194                 default:
1195 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1196                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1197                             page_alloc : uma_small_alloc;
1198 #else
1199                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1200 #endif
1201                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1202         }
1203
1204         /*
1205          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1206          */
1207         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1208         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1209         if (pages > boot_pages)
1210                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1211 #ifdef DIAGNOSTIC
1212         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1213             boot_pages);
1214 #endif
1215         mem = bootmem;
1216         boot_pages -= pages;
1217         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1218         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1219
1220         return (mem);
1221 }
1222
1223 /*
1224  * Allocates a number of pages from the system
1225  *
1226  * Arguments:
1227  *      bytes  The number of bytes requested
1228  *      wait  Shall we wait?
1229  *
1230  * Returns:
1231  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1232  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1233  */
1234 static void *
1235 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1236     int wait)
1237 {
1238         void *p;        /* Returned page */
1239
1240         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1241         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1242
1243         return (p);
1244 }
1245
1246 static void *
1247 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1248     int wait)
1249 {
1250         struct pglist alloctail;
1251         vm_offset_t addr, zkva;
1252         int cpu, flags;
1253         vm_page_t p, p_next;
1254 #ifdef NUMA
1255         struct pcpu *pc;
1256 #endif
1257
1258         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1259
1260         TAILQ_INIT(&alloctail);
1261         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1262             malloc2vm_flags(wait);
1263         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1264         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1265                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1266                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1267                 } else {
1268 #ifndef NUMA
1269                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1270 #else
1271                         pc = pcpu_find(cpu);
1272                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1273                         if (__predict_false(p == NULL))
1274                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1275 #endif
1276                 }
1277                 if (__predict_false(p == NULL))
1278                         goto fail;
1279                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1280         }
1281         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1282                 goto fail;
1283         zkva = addr;
1284         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1285                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1286                 zkva += PAGE_SIZE;
1287         }
1288         return ((void*)addr);
1289 fail:
1290         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1291                 vm_page_unwire_noq(p);
1292                 vm_page_free(p);
1293         }
1294         return (NULL);
1295 }
1296
1297 /*
1298  * Allocates a number of pages from within an object
1299  *
1300  * Arguments:
1301  *      bytes  The number of bytes requested
1302  *      wait   Shall we wait?
1303  *
1304  * Returns:
1305  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1306  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1307  */
1308 static void *
1309 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1310     int wait)
1311 {
1312         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1313         u_long npages;
1314         vm_offset_t retkva, zkva;
1315         vm_page_t p, p_next;
1316         uma_keg_t keg;
1317
1318         TAILQ_INIT(&alloctail);
1319         keg = zone_first_keg(zone);
1320
1321         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1322         while (npages > 0) {
1323                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1324                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1325                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1326                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1327                 if (p != NULL) {
1328                         /*
1329                          * Since the page does not belong to an object, its
1330                          * listq is unused.
1331                          */
1332                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1333                         npages--;
1334                         continue;
1335                 }
1336                 /*
1337                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1338                  * exit.
1339                  */
1340                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1341                         vm_page_unwire_noq(p);
1342                         vm_page_free(p);
1343                 }
1344                 return (NULL);
1345         }
1346         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1347         zkva = keg->uk_kva +
1348             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1349         retkva = zkva;
1350         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1351                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1352                 zkva += PAGE_SIZE;
1353         }
1354
1355         return ((void *)retkva);
1356 }
1357
1358 /*
1359  * Frees a number of pages to the system
1360  *
1361  * Arguments:
1362  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1363  *      size  The size of the memory being freed
1364  *      flags The original p->us_flags field
1365  *
1366  * Returns:
1367  *      Nothing
1368  */
1369 static void
1370 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1371 {
1372
1373         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1374                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1375
1376         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1377 }
1378
1379 /*
1380  * Frees pcpu zone allocations
1381  *
1382  * Arguments:
1383  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1384  *      size  The size of the memory being freed
1385  *      flags The original p->us_flags field
1386  *
1387  * Returns:
1388  *      Nothing
1389  */
1390 static void
1391 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1392 {
1393         vm_offset_t sva, curva;
1394         vm_paddr_t paddr;
1395         vm_page_t m;
1396
1397         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1398         sva = (vm_offset_t)mem;
1399         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1400                 paddr = pmap_kextract(curva);
1401                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1402                 vm_page_unwire_noq(m);
1403                 vm_page_free(m);
1404         }
1405         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1406         kva_free(sva, size);
1407 }
1408
1409
1410 /*
1411  * Zero fill initializer
1412  *
1413  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1414  */
1415 static int
1416 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1417 {
1418         bzero(mem, size);
1419         return (0);
1420 }
1421
1422 /*
1423  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1424  *
1425  * Arguments
1426  *      keg  The zone we should initialize
1427  *
1428  * Returns
1429  *      Nothing
1430  */
1431 static void
1432 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1433 {
1434         u_int rsize;
1435         u_int memused;
1436         u_int wastedspace;
1437         u_int shsize;
1438         u_int slabsize;
1439
1440         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1441                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1442
1443                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1444                 keg->uk_ppera = ncpus;
1445         } else {
1446                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1447                 keg->uk_ppera = 1;
1448         }
1449
1450         /*
1451          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1452          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1453          * allocation bits for we round it up.
1454          */
1455         rsize = keg->uk_size;
1456         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1457                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1458         if (rsize & keg->uk_align)
1459                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1460         keg->uk_rsize = rsize;
1461
1462         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1463             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1464             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1465
1466         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1467                 shsize = 0;
1468         else
1469                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1470
1471         if (rsize <= slabsize - shsize)
1472                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1473         else {
1474                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1475                  * alignment requirement can be relaxed. */
1476                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1477                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1478                 keg->uk_ipers = 1;
1479         }
1480         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1481             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1482
1483         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1484         wastedspace = slabsize - memused;
1485
1486         /*
1487          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1488          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1489          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1490          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1491          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1492          */
1493         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1494             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1495                 return;
1496
1497         /*
1498          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1499          * this if it permits more items per-slab.
1500          *
1501          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1502          * Historically this was not done because the VM could not
1503          * efficiently handle contiguous allocations.
1504          */
1505         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1506             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1507                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1508                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1509                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1510                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1511                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1512                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1513                     "calculated ipers = %d, "
1514                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1515                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1516                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1517                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1518         }
1519
1520         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1521             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1522                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1523 }
1524
1525 /*
1526  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1527  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1528  * more complicated.
1529  *
1530  * Arguments
1531  *      keg  The keg we should initialize
1532  *
1533  * Returns
1534  *      Nothing
1535  */
1536 static void
1537 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1538 {
1539         u_int shsize;
1540
1541         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1542         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1543             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1544         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1545             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1546
1547         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1548         keg->uk_ipers = 1;
1549         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1550
1551         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1552         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1553                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1554                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1555                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1556                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1557
1558                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1559                         /*
1560                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1561                          * we need an extra page per allocation to contain the
1562                          * slab header.
1563                          */
1564                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1565                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1566                         else
1567                                 keg->uk_ppera++;
1568                 }
1569         }
1570
1571         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1572             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1573                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1574 }
1575
1576 static void
1577 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1578 {
1579         int alignsize;
1580         int trailer;
1581         int pages;
1582         int rsize;
1583
1584         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1585             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1586
1587         alignsize = keg->uk_align + 1;
1588         rsize = keg->uk_size;
1589         /*
1590          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1591          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1592          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1593          * would fall on the same boundary every time.
1594          */
1595         if (rsize & keg->uk_align)
1596                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1597         if ((rsize & alignsize) == 0)
1598                 rsize += alignsize;
1599         trailer = rsize - keg->uk_size;
1600         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1601         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1602         keg->uk_rsize = rsize;
1603         keg->uk_ppera = pages;
1604         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1605         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1606         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1607             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1608             keg->uk_ipers));
1609 }
1610
1611 /*
1612  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1613  * the keg onto the global keg list.
1614  *
1615  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1616  *      udata  Actually uma_kctor_args
1617  */
1618 static int
1619 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1620 {
1621         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1622         uma_keg_t keg = mem;
1623         uma_zone_t zone;
1624
1625         bzero(keg, size);
1626         keg->uk_size = arg->size;
1627         keg->uk_init = arg->uminit;
1628         keg->uk_fini = arg->fini;
1629         keg->uk_align = arg->align;
1630         keg->uk_free = 0;
1631         keg->uk_reserve = 0;
1632         keg->uk_pages = 0;
1633         keg->uk_flags = arg->flags;
1634         keg->uk_slabzone = NULL;
1635
1636         /*
1637          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1638          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1639          * iterator is never run.
1640          */
1641         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1642         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1643
1644         /*
1645          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1646          */
1647         zone = arg->zone;
1648         keg->uk_name = zone->uz_name;
1649
1650         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1651                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1652
1653         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1654                 keg->uk_init = zero_init;
1655
1656         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1657                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1658
1659         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1660 #ifdef SMP
1661                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1662 #else
1663                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1664 #endif
1665
1666         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1667                 keg_cachespread_init(keg);
1668         } else {
1669                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1670                         keg_large_init(keg);
1671                 else
1672                         keg_small_init(keg);
1673         }
1674
1675         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1676                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1677
1678         /*
1679          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1680          * startup cache until the vm is ready.
1681          */
1682         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1683                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1684 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1685         else if (keg->uk_ppera == 1)
1686                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1687 #endif
1688         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1689                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1690         else
1691                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1692 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1693         if (keg->uk_ppera == 1)
1694                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1695         else
1696 #endif
1697         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1698                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1699         else
1700                 keg->uk_freef = page_free;
1701
1702         /*
1703          * Initialize keg's lock
1704          */
1705         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1706
1707         /*
1708          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1709          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1710          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1711          */
1712         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1713                 u_int totsize;
1714
1715                 /* Size of the slab struct and free list */
1716                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1717
1718                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1719                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1720                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1721                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1722
1723                 /*
1724                  * The only way the following is possible is if with our
1725                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1726                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1727                  * mathematically possible for all cases, so we make
1728                  * sure here anyway.
1729                  */
1730                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1731                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1732                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1733                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1734                             keg->uk_size);
1735                         panic("UMA slab won't fit.");
1736                 }
1737         }
1738
1739         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1740                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
1741
1742         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1743             keg, zone->uz_name, zone,
1744             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1745             keg->uk_free);
1746
1747         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1748
1749         rw_wlock(&uma_rwlock);
1750         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1751         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1752         return (0);
1753 }
1754
1755 /*
1756  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1757  *
1758  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1759  *      udata  Actually uma_zctor_args
1760  */
1761 static int
1762 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1763 {
1764         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1765         uma_zone_t zone = mem;
1766         uma_zone_t z;
1767         uma_keg_t keg;
1768
1769         bzero(zone, size);
1770         zone->uz_name = arg->name;
1771         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1772         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1773         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1774         zone->uz_init = NULL;
1775         zone->uz_fini = NULL;
1776         zone->uz_allocs = 0;
1777         zone->uz_frees = 0;
1778         zone->uz_fails = 0;
1779         zone->uz_sleeps = 0;
1780         zone->uz_count = 0;
1781         zone->uz_count_min = 0;
1782         zone->uz_flags = 0;
1783         zone->uz_warning = NULL;
1784         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1785         zone->uz_domain =
1786             (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_maxid + 1];
1787         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1788         keg = arg->keg;
1789
1790         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1791
1792         /*
1793          * This is a pure cache zone, no kegs.
1794          */
1795         if (arg->import) {
1796                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1797                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1798                 zone->uz_flags = arg->flags;
1799                 zone->uz_size = arg->size;
1800                 zone->uz_import = arg->import;
1801                 zone->uz_release = arg->release;
1802                 zone->uz_arg = arg->arg;
1803                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1804                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1805                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1806                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1807                 goto out;
1808         }
1809
1810         /*
1811          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1812          */
1813         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1814         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1815         zone->uz_arg = zone;
1816
1817         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1818                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1819                 zone->uz_init = arg->uminit;
1820                 zone->uz_fini = arg->fini;
1821                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1822                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1823                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1824                 ZONE_LOCK(zone);
1825                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1826                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1827                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1828                                 break;
1829                         }
1830                 }
1831                 ZONE_UNLOCK(zone);
1832                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1833         } else if (keg == NULL) {
1834                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1835                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1836                         return (ENOMEM);
1837         } else {
1838                 struct uma_kctor_args karg;
1839                 int error;
1840
1841                 /* We should only be here from uma_startup() */
1842                 karg.size = arg->size;
1843                 karg.uminit = arg->uminit;
1844                 karg.fini = arg->fini;
1845                 karg.align = arg->align;
1846                 karg.flags = arg->flags;
1847                 karg.zone = zone;
1848                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1849                     flags);
1850                 if (error)
1851                         return (error);
1852         }
1853
1854         /*
1855          * Link in the first keg.
1856          */
1857         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1858         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1859         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1860         zone->uz_size = keg->uk_size;
1861         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1862             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1863
1864         /*
1865          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1866          * caches.  If we're internal, bail out here.
1867          */
1868         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1869                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1870                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1871                 return (0);
1872         }
1873
1874 out:
1875         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1876             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1877             ("Invalid zone flag combination"));
1878         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1879                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1880         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1881                 zone->uz_count = 0;
1882         else
1883                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1884         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1885
1886         return (0);
1887 }
1888
1889 /*
1890  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1891  * table and removes the keg from the global list.
1892  *
1893  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1894  *      udata  unused
1895  */
1896 static void
1897 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1898 {
1899         uma_keg_t keg;
1900
1901         keg = (uma_keg_t)arg;
1902         KEG_LOCK(keg);
1903         if (keg->uk_free != 0) {
1904                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1905                     " Lost %d pages of memory.\n",
1906                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1907                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1908         }
1909         KEG_UNLOCK(keg);
1910
1911         hash_free(&keg->uk_hash);
1912
1913         KEG_LOCK_FINI(keg);
1914 }
1915
1916 /*
1917  * Zone header dtor.
1918  *
1919  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1920  *      udata  unused
1921  */
1922 static void
1923 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1924 {
1925         uma_klink_t klink;
1926         uma_zone_t zone;
1927         uma_keg_t keg;
1928
1929         zone = (uma_zone_t)arg;
1930         keg = zone_first_keg(zone);
1931
1932         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1933                 cache_drain(zone);
1934
1935         rw_wlock(&uma_rwlock);
1936         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1937         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1938         /*
1939          * XXX there are some races here where
1940          * the zone can be drained but zone lock
1941          * released and then refilled before we
1942          * remove it... we dont care for now
1943          */
1944         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1945         /*
1946          * Unlink all of our kegs.
1947          */
1948         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1949                 klink->kl_keg = NULL;
1950                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1951                 if (klink == &zone->uz_klink)
1952                         continue;
1953                 free(klink, M_TEMP);
1954         }
1955         /*
1956          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1957          */
1958         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1959                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1960                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1961                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1962                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1963         }
1964         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1969  *
1970  * Arguments:
1971  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1972  *              as an argument.
1973  *
1974  * Returns:
1975  *      Nothing
1976  */
1977 static void
1978 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1979 {
1980         uma_keg_t keg;
1981         uma_zone_t zone;
1982
1983         rw_rlock(&uma_rwlock);
1984         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1985                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1986                         zfunc(zone);
1987         }
1988         rw_runlock(&uma_rwlock);
1989 }
1990
1991 /*
1992  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1993  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1994  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1995  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1996  */
1997 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1998 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1999 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
2000 static int zsize, ksize;
2001 int
2002 uma_startup_count(int vm_zones)
2003 {
2004         int zones, pages;
2005
2006         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2007             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2008         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2009             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2010             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2011
2012         /*
2013          * Memory for the zone of kegs and its keg,
2014          * and for zone of zones.
2015          */
2016         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
2017             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
2018
2019 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
2020         zones = UMA_BOOT_ZONES;
2021 #else
2022         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
2023         vm_zones = 0;
2024 #endif
2025
2026         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
2027         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE)
2028                 pages += (zones + vm_zones) *
2029                     howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), UMA_SLAB_SIZE);
2030         else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
2031                 pages += zones;
2032         else
2033                 pages += howmany(zones,
2034                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
2035
2036         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
2037         pages += howmany(zones + 1,
2038             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
2039
2040         /*
2041          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
2042          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
2043          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
2044          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2045          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2046          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2047          */
2048         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2049             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2050
2051         return (pages);
2052 }
2053
2054 void
2055 uma_startup(void *mem, int npages)
2056 {
2057         struct uma_zctor_args args;
2058         uma_keg_t masterkeg;
2059         uintptr_t m;
2060
2061 #ifdef DIAGNOSTIC
2062         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2063 #endif
2064
2065         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2066
2067         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2068         m = (uintptr_t)mem;
2069         zones = (uma_zone_t)m;
2070         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2071         kegs = (uma_zone_t)m;
2072         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2073         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2074         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2075         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2076         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2077         mem = (void *)m;
2078
2079         /* "manually" create the initial zone */
2080         memset(&args, 0, sizeof(args));
2081         args.name = "UMA Kegs";
2082         args.size = ksize;
2083         args.ctor = keg_ctor;
2084         args.dtor = keg_dtor;
2085         args.uminit = zero_init;
2086         args.fini = NULL;
2087         args.keg = masterkeg;
2088         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2089         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2090         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2091
2092         bootmem = mem;
2093         boot_pages = npages;
2094
2095         args.name = "UMA Zones";
2096         args.size = zsize;
2097         args.ctor = zone_ctor;
2098         args.dtor = zone_dtor;
2099         args.uminit = zero_init;
2100         args.fini = NULL;
2101         args.keg = NULL;
2102         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2103         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2104         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2105
2106         /* Now make a zone for slab headers */
2107         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2108                                 sizeof(struct uma_slab),
2109                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2110                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2111
2112         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2113             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2114             NULL, NULL, NULL, NULL,
2115             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2116
2117         bucket_init();
2118
2119         booted = BOOT_STRAPPED;
2120 }
2121
2122 void
2123 uma_startup1(void)
2124 {
2125
2126 #ifdef DIAGNOSTIC
2127         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2128 #endif
2129         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2130 }
2131
2132 void
2133 uma_startup2(void)
2134 {
2135
2136 #ifdef DIAGNOSTIC
2137         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2138 #endif
2139         booted = BOOT_BUCKETS;
2140         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2141         bucket_enable();
2142 }
2143
2144 static void
2145 uma_startup3(void)
2146 {
2147
2148 #ifdef INVARIANTS
2149         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2150         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2151         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2152 #endif
2153         callout_init(&uma_callout, 1);
2154         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2155         booted = BOOT_RUNNING;
2156
2157         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, uma_shutdown, NULL,
2158             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
2159 }
2160
2161 static void
2162 uma_shutdown(void)
2163 {
2164
2165         booted = BOOT_SHUTDOWN;
2166 }
2167
2168 static uma_keg_t
2169 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2170                 int align, uint32_t flags)
2171 {
2172         struct uma_kctor_args args;
2173
2174         args.size = size;
2175         args.uminit = uminit;
2176         args.fini = fini;
2177         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2178         args.flags = flags;
2179         args.zone = zone;
2180         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2181 }
2182
2183 /* Public functions */
2184 /* See uma.h */
2185 void
2186 uma_set_align(int align)
2187 {
2188
2189         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2190                 uma_align_cache = align;
2191 }
2192
2193 /* See uma.h */
2194 uma_zone_t
2195 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2196                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2197
2198 {
2199         struct uma_zctor_args args;
2200         uma_zone_t res;
2201         bool locked;
2202
2203         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2204             align, name));
2205
2206         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2207         memset(&args, 0, sizeof(args));
2208         args.name = name;
2209         args.size = size;
2210         args.ctor = ctor;
2211         args.dtor = dtor;
2212         args.uminit = uminit;
2213         args.fini = fini;
2214 #ifdef  INVARIANTS
2215         /*
2216          * If a zone is being created with an empty constructor and
2217          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2218          * memory use after free.
2219          */
2220         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2221             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2222                 args.ctor = trash_ctor;
2223                 args.dtor = trash_dtor;
2224                 args.uminit = trash_init;
2225                 args.fini = trash_fini;
2226         }
2227 #endif
2228         args.align = align;
2229         args.flags = flags;
2230         args.keg = NULL;
2231
2232         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2233                 locked = false;
2234         } else {
2235                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2236                 locked = true;
2237         }
2238         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2239         if (locked)
2240                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2241         return (res);
2242 }
2243
2244 /* See uma.h */
2245 uma_zone_t
2246 uma_zsecond_create(const char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2247     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2248 {
2249         struct uma_zctor_args args;
2250         uma_keg_t keg;
2251         uma_zone_t res;
2252         bool locked;
2253
2254         keg = zone_first_keg(master);
2255         memset(&args, 0, sizeof(args));
2256         args.name = name;
2257         args.size = keg->uk_size;
2258         args.ctor = ctor;
2259         args.dtor = dtor;
2260         args.uminit = zinit;
2261         args.fini = zfini;
2262         args.align = keg->uk_align;
2263         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2264         args.keg = keg;
2265
2266         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2267                 locked = false;
2268         } else {
2269                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2270                 locked = true;
2271         }
2272         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2273         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2274         if (locked)
2275                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2276         return (res);
2277 }
2278
2279 /* See uma.h */
2280 uma_zone_t
2281 uma_zcache_create(const char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2282     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport, uma_release zrelease,
2283     void *arg, int flags)
2284 {
2285         struct uma_zctor_args args;
2286
2287         memset(&args, 0, sizeof(args));
2288         args.name = name;
2289         args.size = size;
2290         args.ctor = ctor;
2291         args.dtor = dtor;
2292         args.uminit = zinit;
2293         args.fini = zfini;
2294         args.import = zimport;
2295         args.release = zrelease;
2296         args.arg = arg;
2297         args.align = 0;
2298         args.flags = flags;
2299
2300         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2301 }
2302
2303 static void
2304 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2305 {
2306         if (a < b) {
2307                 ZONE_LOCK(a);
2308                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2309         } else {
2310                 ZONE_LOCK(b);
2311                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2312         }
2313 }
2314
2315 static void
2316 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2317 {
2318
2319         ZONE_UNLOCK(a);
2320         ZONE_UNLOCK(b);
2321 }
2322
2323 int
2324 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2325 {
2326         uma_klink_t klink;
2327         uma_klink_t kl;
2328         int error;
2329
2330         error = 0;
2331         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2332
2333         zone_lock_pair(zone, master);
2334         /*
2335          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2336          * a secondary.
2337          */
2338         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2339             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2340                 error = EINVAL;
2341                 goto out;
2342         }
2343         /*
2344          * The new master must also use vtoslab().
2345          */
2346         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2347                 error = EINVAL;
2348                 goto out;
2349         }
2350
2351         /*
2352          * The underlying object must be the same size.  rsize
2353          * may be different.
2354          */
2355         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2356                 error = E2BIG;
2357                 goto out;
2358         }
2359         /*
2360          * Put it at the end of the list.
2361          */
2362         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2363         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2364                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2365                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2366                         break;
2367                 }
2368         }
2369         klink = NULL;
2370         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2371         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2372
2373 out:
2374         zone_unlock_pair(zone, master);
2375         if (klink != NULL)
2376                 free(klink, M_TEMP);
2377
2378         return (error);
2379 }
2380
2381
2382 /* See uma.h */
2383 void
2384 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2385 {
2386
2387         /*
2388          * Large slabs are expensive to reclaim, so don't bother doing
2389          * unnecessary work if we're shutting down.
2390          */
2391         if (booted == BOOT_SHUTDOWN &&
2392             zone->uz_fini == NULL &&
2393             zone->uz_release == (uma_release)zone_release)
2394                 return;
2395         sx_slock(&uma_drain_lock);
2396         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2397         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2398 }
2399
2400 void
2401 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2402 {
2403         void *item;
2404
2405         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2406         uma_zfree(zone, item);
2407 }
2408
2409 void *
2410 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2411 {
2412         void *item;
2413 #ifdef SMP
2414         int i;
2415
2416         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2417 #endif
2418         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2419         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2420 #ifdef SMP
2421                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2422                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2423 #else
2424                 bzero(item, zone->uz_size);
2425 #endif
2426         }
2427         return (item);
2428 }
2429
2430 /*
2431  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2432  */
2433 void
2434 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2435 {
2436
2437 #ifdef SMP
2438         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2439 #endif
2440         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2441 }
2442
2443 /* See uma.h */
2444 void *
2445 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2446 {
2447         uma_zone_domain_t zdom;
2448         uma_bucket_t bucket;
2449         uma_cache_t cache;
2450         void *item;
2451         int cpu, domain, lockfail;
2452 #ifdef INVARIANTS
2453         bool skipdbg;
2454 #endif
2455
2456         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2457         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2458
2459         /* This is the fast path allocation */
2460         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2461             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2462
2463         if (flags & M_WAITOK) {
2464                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2465                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2466         }
2467         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2468         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2469             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2470         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2471                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2472                     "with M_ZERO passed"));
2473
2474 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2475         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2476                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2477                 if (item != NULL) {
2478                         if (zone->uz_init != NULL &&
2479                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2480                                 return (NULL);
2481                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2482                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2483                             flags) != 0) {
2484                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2485                                 return (NULL);
2486                         }
2487                         return (item);
2488                 }
2489                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2490         }
2491 #endif
2492         /*
2493          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2494          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2495          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2496          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2497          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2498          * preemption and migration.  We release the critical section in
2499          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2500          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2501          * must detect and handle migration if it has occurred.
2502          */
2503 zalloc_restart:
2504         critical_enter();
2505         cpu = curcpu;
2506         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2507
2508 zalloc_start:
2509         bucket = cache->uc_allocbucket;
2510         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2511                 bucket->ub_cnt--;
2512                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2513 #ifdef INVARIANTS
2514                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2515 #endif
2516                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2517                 cache->uc_allocs++;
2518                 critical_exit();
2519 #ifdef INVARIANTS
2520                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2521 #endif
2522                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2523 #ifdef INVARIANTS
2524                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2525                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2526 #endif
2527                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2528                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2529                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2530                         return (NULL);
2531                 }
2532 #ifdef INVARIANTS
2533                 if (!skipdbg)
2534                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2535 #endif
2536                 if (flags & M_ZERO)
2537                         uma_zero_item(item, zone);
2538                 return (item);
2539         }
2540
2541         /*
2542          * We have run out of items in our alloc bucket.
2543          * See if we can switch with our free bucket.
2544          */
2545         bucket = cache->uc_freebucket;
2546         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2547                 CTR2(KTR_UMA,
2548                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2549                     zone->uz_name, zone);
2550                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2551                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2552                 goto zalloc_start;
2553         }
2554
2555         /*
2556          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2557          */
2558         bucket = cache->uc_allocbucket;
2559         cache->uc_allocbucket = NULL;
2560         critical_exit();
2561         if (bucket != NULL)
2562                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2563
2564         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2565                 domain = PCPU_GET(domain);
2566                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2567                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2568         } else
2569                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2570
2571         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2572         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2573                 goto zalloc_item;
2574
2575         /*
2576          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2577          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2578          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2579          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2580          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2581          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2582          * the critical section.
2583          */
2584         lockfail = 0;
2585         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2586                 /* Record contention to size the buckets. */
2587                 ZONE_LOCK(zone);
2588                 lockfail = 1;
2589         }
2590         critical_enter();
2591         cpu = curcpu;
2592         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2593
2594         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2595         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2596                 ZONE_UNLOCK(zone);
2597                 goto zalloc_start;
2598         }
2599
2600         /*
2601          * Check the zone's cache of buckets.
2602          */
2603         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2604                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2605         else
2606                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2607         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2608                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2609                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2610                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2611                 ZONE_UNLOCK(zone);
2612                 goto zalloc_start;
2613         }
2614         /* We are no longer associated with this CPU. */
2615         critical_exit();
2616
2617         /*
2618          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2619          * handle the working set.
2620          */
2621         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2622                 zone->uz_count++;
2623         ZONE_UNLOCK(zone);
2624
2625         /*
2626          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2627          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2628          * will use the just filled bucket.
2629          */
2630         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
2631         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2632             zone->uz_name, zone, bucket);
2633         if (bucket != NULL) {
2634                 ZONE_LOCK(zone);
2635                 critical_enter();
2636                 cpu = curcpu;
2637                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2638
2639                 /*
2640                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2641                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2642                  * the memory directly.
2643                  */
2644                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2645                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2646                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2647                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2648                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2649                 } else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
2650                         critical_exit();
2651                         ZONE_UNLOCK(zone);
2652                         bucket_drain(zone, bucket);
2653                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2654                         goto zalloc_restart;
2655                 } else
2656                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2657                 ZONE_UNLOCK(zone);
2658                 goto zalloc_start;
2659         }
2660
2661         /*
2662          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2663          */
2664 zalloc_item:
2665         item = zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags);
2666
2667         return (item);
2668 }
2669
2670 void *
2671 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2672 {
2673
2674         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2675         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2676
2677         /* This is the fast path allocation */
2678         CTR5(KTR_UMA,
2679             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2680             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2681
2682         if (flags & M_WAITOK) {
2683                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2684                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2685         }
2686         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2687             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2688
2689         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2690 }
2691
2692 /*
2693  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2694  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2695  *
2696  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2697  * only 'domain'.
2698  */
2699 static uma_slab_t
2700 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2701 {
2702         uma_domain_t dom;
2703         uma_slab_t slab;
2704         int start;
2705
2706         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2707             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2708
2709         slab = NULL;
2710         start = domain;
2711         do {
2712                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2713                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2714                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2715                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2716                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2717                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2718                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2719                         return (slab);
2720                 }
2721                 if (rr)
2722                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2723         } while (domain != start);
2724
2725         return (NULL);
2726 }
2727
2728 static uma_slab_t
2729 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2730 {
2731         uint32_t reserve;
2732
2733         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2734
2735         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2736         if (keg->uk_free <= reserve)
2737                 return (NULL);
2738         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2739 }
2740
2741 static uma_slab_t
2742 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2743 {
2744         struct vm_domainset_iter di;
2745         uma_domain_t dom;
2746         uma_slab_t slab;
2747         int aflags, domain;
2748         bool rr;
2749
2750 restart:
2751         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2752
2753         /*
2754          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2755          * domain (as happens with first-touch zones).
2756          *
2757          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2758          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2759          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2760          */
2761         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2762         if (rr) {
2763                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2764                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2765                     &aflags);
2766         } else {
2767                 aflags = flags;
2768                 domain = rdomain;
2769         }
2770
2771         for (;;) {
2772                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2773                 if (slab != NULL) {
2774                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2775                         return (slab);
2776                 }
2777
2778                 /*
2779                  * M_NOVM means don't ask at all!
2780                  */
2781                 if (flags & M_NOVM)
2782                         break;
2783
2784                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2785                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2786                         /*
2787                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2788                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2789                          */
2790                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2791                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2792                                 zone_log_warning(zone);
2793                                 zone_maxaction(zone);
2794                         }
2795                         if (flags & M_NOWAIT)
2796                                 return (NULL);
2797                         zone->uz_sleeps++;
2798                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2799                         continue;
2800                 }
2801                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
2802                 /*
2803                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2804                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2805                  * at least one item.
2806                  */
2807                 if (slab) {
2808                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2809                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2810                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2811                         return (slab);
2812                 }
2813                 KEG_LOCK(keg);
2814                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2815                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2816                                 KEG_UNLOCK(keg);
2817                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
2818                                 KEG_LOCK(keg);
2819                                 goto restart;
2820                         }
2821                         break;
2822                 }
2823         }
2824
2825         /*
2826          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2827          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2828          * fail.
2829          */
2830         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2831                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2832                 return (slab);
2833         }
2834         return (NULL);
2835 }
2836
2837 static uma_slab_t
2838 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2839 {
2840         uma_slab_t slab;
2841
2842         if (keg == NULL) {
2843                 keg = zone_first_keg(zone);
2844                 KEG_LOCK(keg);
2845         }
2846
2847         for (;;) {
2848                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2849                 if (slab)
2850                         return (slab);
2851                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2852                         break;
2853         }
2854         KEG_UNLOCK(keg);
2855         return (NULL);
2856 }
2857
2858 /*
2859  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2860  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2861  *
2862  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2863  */
2864 static uma_slab_t
2865 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int domain, int rflags)
2866 {
2867         uma_klink_t klink;
2868         uma_slab_t slab;
2869         uma_keg_t keg;
2870         int flags;
2871         int empty;
2872         int full;
2873
2874         /*
2875          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2876          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2877          * without blocking.
2878          */
2879         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2880         /*
2881          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2882          * the search.
2883          */
2884         if (last != NULL) {
2885                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, domain, flags);
2886                 if (slab)
2887                         return (slab);
2888                 KEG_UNLOCK(last);
2889         }
2890         /*
2891          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2892          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2893          * required but we've done it for so long now.
2894          */
2895         for (;;) {
2896                 empty = 0;
2897                 full = 0;
2898                 /*
2899                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2900                  * correct lock while calling into the keg layer.
2901                  */
2902                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2903                         keg = klink->kl_keg;
2904                         KEG_LOCK(keg);
2905                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2906                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2907                                 if (slab)
2908                                         return (slab);
2909                         }
2910                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2911                                 full++;
2912                         else
2913                                 empty++;
2914                         KEG_UNLOCK(keg);
2915                 }
2916                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2917                         break;
2918                 flags = rflags;
2919                 /*
2920                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2921                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2922                  */
2923                 if (full && !empty) {
2924                         ZONE_LOCK(zone);
2925                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2926                         zone->uz_sleeps++;
2927                         zone_log_warning(zone);
2928                         zone_maxaction(zone);
2929                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2930                             "zonelimit", hz/100);
2931                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2932                         ZONE_UNLOCK(zone);
2933                         continue;
2934                 }
2935         }
2936         return (NULL);
2937 }
2938
2939 static void *
2940 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2941 {
2942         uma_domain_t dom;
2943         void *item;
2944         uint8_t freei;
2945
2946         MPASS(keg == slab->us_keg);
2947         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2948
2949         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2950         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2951         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2952         slab->us_freecount--;
2953         keg->uk_free--;
2954
2955         /* Move this slab to the full list */
2956         if (slab->us_freecount == 0) {
2957                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2958                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2959                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2960         }
2961
2962         return (item);
2963 }
2964
2965 static int
2966 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2967 {
2968         uma_slab_t slab;
2969         uma_keg_t keg;
2970 #ifdef NUMA
2971         int stripe;
2972 #endif
2973         int i;
2974
2975         slab = NULL;
2976         keg = NULL;
2977         /* Try to keep the buckets totally full */
2978         for (i = 0; i < max; ) {
2979                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2980                         break;
2981                 keg = slab->us_keg;
2982 #ifdef NUMA
2983                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2984 #endif
2985                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2986                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2987                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2988                                 break;
2989 #ifdef NUMA
2990                         /*
2991                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2992                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2993                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2994                          * than stripe within each bucket.  The current option
2995                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2996                          * time but yields better distribution.
2997                          */
2998                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2999                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
3000                                 break;
3001 #endif
3002                 }
3003                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
3004                 flags &= ~M_WAITOK;
3005                 flags |= M_NOWAIT;
3006         }
3007         if (slab != NULL)
3008                 KEG_UNLOCK(keg);
3009
3010         return i;
3011 }
3012
3013 static uma_bucket_t
3014 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3015 {
3016         uma_bucket_t bucket;
3017         int max;
3018
3019         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
3020
3021         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
3022         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
3023         if (bucket == NULL)
3024                 return (NULL);
3025
3026         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
3027         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
3028             max, domain, flags);
3029
3030         /*
3031          * Initialize the memory if necessary.
3032          */
3033         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
3034                 int i;
3035
3036                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
3037                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
3038                             flags) != 0)
3039                                 break;
3040                 /*
3041                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
3042                  * rest back onto the freelist.
3043                  */
3044                 if (i != bucket->ub_cnt) {
3045                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
3046                             bucket->ub_cnt - i);
3047 #ifdef INVARIANTS
3048                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
3049                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
3050 #endif
3051                         bucket->ub_cnt = i;
3052                 }
3053         }
3054
3055         if (bucket->ub_cnt == 0) {
3056                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3057                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3058                 return (NULL);
3059         }
3060
3061         return (bucket);
3062 }
3063
3064 /*
3065  * Allocates a single item from a zone.
3066  *
3067  * Arguments
3068  *      zone   The zone to alloc for.
3069  *      udata  The data to be passed to the constructor.
3070  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
3071  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
3072  *
3073  * Returns
3074  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
3075  *      An item if successful
3076  */
3077
3078 static void *
3079 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3080 {
3081         void *item;
3082 #ifdef INVARIANTS
3083         bool skipdbg;
3084 #endif
3085
3086         item = NULL;
3087
3088         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3089                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3090                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3091                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3092         }
3093         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
3094                 goto fail;
3095         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
3096
3097 #ifdef INVARIANTS
3098         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3099 #endif
3100         /*
3101          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
3102          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
3103          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
3104          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
3105          */
3106         if (zone->uz_init != NULL) {
3107                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3108                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
3109                         goto fail;
3110                 }
3111         }
3112         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3113 #ifdef INVARIANTS
3114             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
3115             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
3116 #endif
3117             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
3118                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3119                 goto fail;
3120         }
3121 #ifdef INVARIANTS
3122         if (!skipdbg)
3123                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3124 #endif
3125         if (flags & M_ZERO)
3126                 uma_zero_item(item, zone);
3127
3128         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
3129             zone->uz_name, zone);
3130
3131         return (item);
3132
3133 fail:
3134         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
3135             zone->uz_name, zone);
3136         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3137         return (NULL);
3138 }
3139
3140 /* See uma.h */
3141 void
3142 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3143 {
3144         uma_cache_t cache;
3145         uma_bucket_t bucket;
3146         uma_zone_domain_t zdom;
3147         int cpu, domain, lockfail;
3148 #ifdef INVARIANTS
3149         bool skipdbg;
3150 #endif
3151
3152         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3153         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3154
3155         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3156             zone->uz_name);
3157
3158         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3159             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3160
3161         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3162         if (item == NULL)
3163                 return;
3164 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3165         if (is_memguard_addr(item)) {
3166                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3167                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3168                 if (zone->uz_fini != NULL)
3169                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3170                 memguard_free(item);
3171                 return;
3172         }
3173 #endif
3174 #ifdef INVARIANTS
3175         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3176         if (skipdbg == false) {
3177                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3178                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3179                 else
3180                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3181         }
3182         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3183             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3184 #else
3185         if (zone->uz_dtor != NULL)
3186 #endif
3187                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3188
3189         /*
3190          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3191          * a little longer for the limits to be reset.
3192          */
3193         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
3194                 goto zfree_item;
3195
3196         /*
3197          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3198          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3199          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3200          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3201          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3202          * preemption and migration.  We release the critical section in
3203          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3204          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3205          * detect and handle migration if it has occurred.
3206          */
3207 zfree_restart:
3208         critical_enter();
3209         cpu = curcpu;
3210         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3211
3212 zfree_start:
3213         /*
3214          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3215          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3216          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3217          */
3218         bucket = cache->uc_allocbucket;
3219         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3220                 bucket = cache->uc_freebucket;
3221         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3222                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3223                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3224                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3225                 bucket->ub_cnt++;
3226                 cache->uc_frees++;
3227                 critical_exit();
3228                 return;
3229         }
3230
3231         /*
3232          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3233          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3234          * section.  Since the critical section is released, we may be
3235          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3236          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3237          * the critical section.
3238          */
3239         critical_exit();
3240         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3241                 goto zfree_item;
3242
3243         lockfail = 0;
3244         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3245                 /* Record contention to size the buckets. */
3246                 ZONE_LOCK(zone);
3247                 lockfail = 1;
3248         }
3249         critical_enter();
3250         cpu = curcpu;
3251         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3252
3253         bucket = cache->uc_freebucket;
3254         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3255                 ZONE_UNLOCK(zone);
3256                 goto zfree_start;
3257         }
3258         cache->uc_freebucket = NULL;
3259         /* We are no longer associated with this CPU. */
3260         critical_exit();
3261
3262         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3263                 domain = PCPU_GET(domain);
3264                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3265                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3266         } else
3267                 domain = 0;
3268         zdom = &zone->uz_domain[0];
3269
3270         /* Can we throw this on the zone full list? */
3271         if (bucket != NULL) {
3272                 CTR3(KTR_UMA,
3273                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3274                     zone->uz_name, zone, bucket);
3275                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3276                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
3277                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
3278                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
3279                         ZONE_UNLOCK(zone);
3280                         bucket_drain(zone, bucket);
3281                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3282                         goto zfree_restart;
3283                 } else
3284                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3285         }
3286
3287         /*
3288          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3289          * handle the working set.
3290          */
3291         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
3292                 zone->uz_count++;
3293         ZONE_UNLOCK(zone);
3294
3295         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3296         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3297             zone->uz_name, zone, bucket);
3298         if (bucket) {
3299                 critical_enter();
3300                 cpu = curcpu;
3301                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3302                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3303                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3304                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3305                         cache->uc_freebucket = bucket;
3306                         goto zfree_start;
3307                 }
3308                 /*
3309                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3310                  * critical section to free the bucket.
3311                  */
3312                 critical_exit();
3313                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3314                 goto zfree_restart;
3315         }
3316
3317         /*
3318          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3319          */
3320 zfree_item:
3321         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3322
3323         return;
3324 }
3325
3326 void
3327 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3328 {
3329
3330         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3331         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3332
3333         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3334             zone->uz_name);
3335
3336         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3337             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3338
3339         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3340         if (item == NULL)
3341                 return;
3342         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3343 }
3344
3345 static void
3346 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
3347 {
3348         uma_domain_t dom;
3349         uint8_t freei;
3350
3351         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
3352         MPASS(keg == slab->us_keg);
3353
3354         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3355
3356         /* Do we need to remove from any lists? */
3357         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3358                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3359                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3360         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3361                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3362                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3363         }
3364
3365         /* Slab management. */
3366         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3367         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3368         slab->us_freecount++;
3369
3370         /* Keg statistics. */
3371         keg->uk_free++;
3372 }
3373
3374 static void
3375 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3376 {
3377         void *item;
3378         uma_slab_t slab;
3379         uma_keg_t keg;
3380         uint8_t *mem;
3381         int clearfull;
3382         int i;
3383
3384         clearfull = 0;
3385         keg = zone_first_keg(zone);
3386         KEG_LOCK(keg);
3387         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3388                 item = bucket[i];
3389                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3390                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3391                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3392                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3393                         } else {
3394                                 mem += keg->uk_pgoff;
3395                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3396                         }
3397                 } else {
3398                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3399                         if (slab->us_keg != keg) {
3400                                 KEG_UNLOCK(keg);
3401                                 keg = slab->us_keg;
3402                                 KEG_LOCK(keg);
3403                         }
3404                 }
3405                 slab_free_item(keg, slab, item);
3406                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
3407                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
3408                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3409                                 clearfull = 1;
3410                         }
3411
3412                         /*
3413                          * We can handle one more allocation. Since we're
3414                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
3415                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
3416                          * simple for now (rather than adding count of blocked
3417                          * threads etc).
3418                          */
3419                         wakeup(keg);
3420                 }
3421         }
3422         KEG_UNLOCK(keg);
3423         if (clearfull) {
3424                 ZONE_LOCK(zone);
3425                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3426                 wakeup(zone);
3427                 ZONE_UNLOCK(zone);
3428         }
3429
3430 }
3431
3432 /*
3433  * Frees a single item to any zone.
3434  *
3435  * Arguments:
3436  *      zone   The zone to free to
3437  *      item   The item we're freeing
3438  *      udata  User supplied data for the dtor
3439  *      skip   Skip dtors and finis
3440  */
3441 static void
3442 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3443 {
3444 #ifdef INVARIANTS
3445         bool skipdbg;
3446
3447         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3448         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3449                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3450                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3451                 else
3452                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3453         }
3454
3455         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3456             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3457             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3458 #else
3459         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3460 #endif
3461                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3462
3463         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3464                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3465
3466         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
3467         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3468 }
3469
3470 /* See uma.h */
3471 int
3472 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3473 {
3474         uma_keg_t keg;
3475
3476         keg = zone_first_keg(zone);
3477         if (keg == NULL)
3478                 return (0);
3479         KEG_LOCK(keg);
3480         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
3481         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
3482                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
3483         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3484         KEG_UNLOCK(keg);
3485
3486         return (nitems);
3487 }
3488
3489 /* See uma.h */
3490 int
3491 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3492 {
3493         int nitems;
3494         uma_keg_t keg;
3495
3496         keg = zone_first_keg(zone);
3497         if (keg == NULL)
3498                 return (0);
3499         KEG_LOCK(keg);
3500         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3501         KEG_UNLOCK(keg);
3502
3503         return (nitems);
3504 }
3505
3506 /* See uma.h */
3507 void
3508 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3509 {
3510
3511         ZONE_LOCK(zone);
3512         zone->uz_warning = warning;
3513         ZONE_UNLOCK(zone);
3514 }
3515
3516 /* See uma.h */
3517 void
3518 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3519 {
3520
3521         ZONE_LOCK(zone);
3522         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3523         ZONE_UNLOCK(zone);
3524 }
3525
3526 /* See uma.h */
3527 int
3528 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3529 {
3530         int64_t nitems;
3531         u_int i;
3532
3533         ZONE_LOCK(zone);
3534         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
3535         CPU_FOREACH(i) {
3536                 /*
3537                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3538                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3539                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3540                  */
3541                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3542                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3543         }
3544         ZONE_UNLOCK(zone);
3545
3546         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3547 }
3548
3549 /* See uma.h */
3550 void
3551 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3552 {
3553         uma_keg_t keg;
3554
3555         keg = zone_first_keg(zone);
3556         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3557         KEG_LOCK(keg);
3558         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3559             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3560         keg->uk_init = uminit;
3561         KEG_UNLOCK(keg);
3562 }
3563
3564 /* See uma.h */
3565 void
3566 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3567 {
3568         uma_keg_t keg;
3569
3570         keg = zone_first_keg(zone);
3571         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3572         KEG_LOCK(keg);
3573         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3574             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3575         keg->uk_fini = fini;
3576         KEG_UNLOCK(keg);
3577 }
3578
3579 /* See uma.h */
3580 void
3581 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3582 {
3583
3584         ZONE_LOCK(zone);
3585         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3586             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3587         zone->uz_init = zinit;
3588         ZONE_UNLOCK(zone);
3589 }
3590
3591 /* See uma.h */
3592 void
3593 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3594 {
3595
3596         ZONE_LOCK(zone);
3597         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3598             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3599         zone->uz_fini = zfini;
3600         ZONE_UNLOCK(zone);
3601 }
3602
3603 /* See uma.h */
3604 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3605 void
3606 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3607 {
3608         uma_keg_t keg;
3609
3610         keg = zone_first_keg(zone);
3611         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3612         KEG_LOCK(keg);
3613         keg->uk_freef = freef;
3614         KEG_UNLOCK(keg);
3615 }
3616
3617 /* See uma.h */
3618 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3619 void
3620 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3621 {
3622         uma_keg_t keg;
3623
3624         keg = zone_first_keg(zone);
3625         KEG_LOCK(keg);
3626         keg->uk_allocf = allocf;
3627         KEG_UNLOCK(keg);
3628 }
3629
3630 /* See uma.h */
3631 void
3632 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3633 {
3634         uma_keg_t keg;
3635
3636         keg = zone_first_keg(zone);
3637         if (keg == NULL)
3638                 return;
3639         KEG_LOCK(keg);
3640         keg->uk_reserve = items;
3641         KEG_UNLOCK(keg);
3642
3643         return;
3644 }
3645
3646 /* See uma.h */
3647 int
3648 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3649 {
3650         uma_keg_t keg;
3651         vm_offset_t kva;
3652         u_int pages;
3653
3654         keg = zone_first_keg(zone);
3655         if (keg == NULL)
3656                 return (0);
3657         pages = count / keg->uk_ipers;
3658
3659         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3660                 pages++;
3661         pages *= keg->uk_ppera;
3662
3663 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3664         if (keg->uk_ppera > 1) {
3665 #else
3666         if (1) {
3667 #endif
3668                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3669                 if (kva == 0)
3670                         return (0);
3671         } else
3672                 kva = 0;
3673         KEG_LOCK(keg);
3674         keg->uk_kva = kva;
3675         keg->uk_offset = 0;
3676         keg->uk_maxpages = pages;
3677 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3678         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3679 #else
3680         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3681 #endif
3682         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3683         KEG_UNLOCK(keg);
3684
3685         return (1);
3686 }
3687
3688 /* See uma.h */
3689 void
3690 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3691 {
3692         struct vm_domainset_iter di;
3693         uma_domain_t dom;
3694         uma_slab_t slab;
3695         uma_keg_t keg;
3696         int aflags, domain, slabs;
3697
3698         keg = zone_first_keg(zone);
3699         if (keg == NULL)
3700                 return;
3701         KEG_LOCK(keg);
3702         slabs = items / keg->uk_ipers;
3703         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3704                 slabs++;
3705         while (slabs-- > 0) {
3706                 aflags = M_NOWAIT;
3707                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3708                     &aflags);
3709                 for (;;) {
3710                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
3711                             aflags);
3712                         if (slab != NULL) {
3713                                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3714                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3715                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
3716                                     us_link);
3717                                 break;
3718                         }
3719                         KEG_LOCK(keg);
3720                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3721                                 KEG_UNLOCK(keg);
3722                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
3723                                 KEG_LOCK(keg);
3724                         }
3725                 }
3726         }
3727         KEG_UNLOCK(keg);
3728 }
3729
3730 /* See uma.h */
3731 static void
3732 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3733 {
3734
3735         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3736         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3737         bucket_enable();
3738         zone_foreach(zone_drain);
3739         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3740                 cache_drain_safe(NULL);
3741                 zone_foreach(zone_drain);
3742         }
3743
3744         /*
3745          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3746          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3747          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3748          */
3749         zone_drain(slabzone);
3750         bucket_zone_drain();
3751 }
3752
3753 void
3754 uma_reclaim(void)
3755 {
3756
3757         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3758         uma_reclaim_locked(false);
3759         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3760 }
3761
3762 static volatile int uma_reclaim_needed;
3763
3764 void
3765 uma_reclaim_wakeup(void)
3766 {
3767
3768         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3769                 wakeup(uma_reclaim);
3770 }
3771
3772 void
3773 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3774 {
3775
3776         for (;;) {
3777                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3778                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3779                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3780                             hz);
3781                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3782                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3783                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3784                 uma_reclaim_locked(true);
3785                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3786                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3787                 /* Don't fire more than once per-second. */
3788                 pause("umarclslp", hz);
3789         }
3790 }
3791
3792 /* See uma.h */
3793 int
3794 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3795 {
3796         int full;
3797
3798         ZONE_LOCK(zone);
3799         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3800         ZONE_UNLOCK(zone);
3801         return (full);
3802 }
3803
3804 int
3805 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3806 {
3807         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3808 }
3809
3810 void *
3811 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3812 {
3813         struct domainset *policy;
3814         vm_offset_t addr;
3815         uma_slab_t slab;
3816
3817         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3818                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3819                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3820                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3821         }
3822         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3823         if (slab == NULL)
3824                 return (NULL);
3825         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3826             DOMAINSET_FIXED(domain);
3827         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3828         if (addr != 0) {
3829                 vsetslab(addr, slab);
3830                 slab->us_data = (void *)addr;
3831                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3832                 slab->us_size = size;
3833                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3834                     pmap_kextract(addr)));
3835                 uma_total_inc(size);
3836         } else {
3837                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3838         }
3839
3840         return ((void *)addr);
3841 }
3842
3843 void *
3844 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3845 {
3846
3847         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3848 }
3849
3850 void
3851 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3852 {
3853
3854         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3855             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3856         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3857         uma_total_dec(slab->us_size);
3858         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3859 }
3860
3861 static void
3862 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3863 {
3864
3865         bzero(item, zone->uz_size);
3866 }
3867
3868 unsigned long
3869 uma_limit(void)
3870 {
3871
3872         return (uma_kmem_limit);
3873 }
3874
3875 void
3876 uma_set_limit(unsigned long limit)
3877 {
3878
3879         uma_kmem_limit = limit;
3880 }
3881
3882 unsigned long
3883 uma_size(void)
3884 {
3885
3886         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
3887 }
3888
3889 long
3890 uma_avail(void)
3891 {
3892
3893         return (uma_kmem_limit - uma_size());
3894 }
3895
3896 void
3897 uma_print_stats(void)
3898 {
3899         zone_foreach(uma_print_zone);
3900 }
3901
3902 static void
3903 slab_print(uma_slab_t slab)
3904 {
3905         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3906                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3907 }
3908
3909 static void
3910 cache_print(uma_cache_t cache)
3911 {
3912         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3913                 cache->uc_allocbucket,
3914                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3915                 cache->uc_freebucket,
3916                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3917 }
3918
3919 static void
3920 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3921 {
3922         uma_domain_t dom;
3923         uma_slab_t slab;
3924         int i;
3925
3926         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3927             "out %d free %d limit %d\n",
3928             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3929             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3930             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3931             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3932         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3933                 dom = &keg->uk_domain[i];
3934                 printf("Part slabs:\n");
3935                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3936                         slab_print(slab);
3937                 printf("Free slabs:\n");
3938                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3939                         slab_print(slab);
3940                 printf("Full slabs:\n");
3941                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3942                         slab_print(slab);
3943         }
3944 }
3945
3946 void
3947 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3948 {
3949         uma_cache_t cache;
3950         uma_klink_t kl;
3951         int i;
3952
3953         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3954             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3955         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3956                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3957         CPU_FOREACH(i) {
3958                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3959                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3960                 cache_print(cache);
3961         }
3962 }
3963
3964 #ifdef DDB
3965 /*
3966  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3967  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3968  *
3969  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3970  * per-CPU cache statistic.
3971  *
3972  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3973  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3974  * directly so that we don't have to.
3975  */
3976 static void
3977 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3978     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3979 {
3980         uma_cache_t cache;
3981         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3982         int cachefree, cpu;
3983
3984         allocs = frees = sleeps = 0;
3985         cachefree = 0;
3986         CPU_FOREACH(cpu) {
3987                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3988                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3989                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3990                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3991                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3992                 allocs += cache->uc_allocs;
3993                 frees += cache->uc_frees;
3994         }
3995         allocs += z->uz_allocs;
3996         frees += z->uz_frees;
3997         sleeps += z->uz_sleeps;
3998         if (cachefreep != NULL)
3999                 *cachefreep = cachefree;
4000         if (allocsp != NULL)
4001                 *allocsp = allocs;
4002         if (freesp != NULL)
4003                 *freesp = frees;
4004         if (sleepsp != NULL)
4005                 *sleepsp = sleeps;
4006 }
4007 #endif /* DDB */
4008
4009 static int
4010 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4011 {
4012         uma_keg_t kz;
4013         uma_zone_t z;
4014         int count;
4015
4016         count = 0;
4017         rw_rlock(&uma_rwlock);
4018         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4019                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
4020                         count++;
4021         }
4022         rw_runlock(&uma_rwlock);
4023         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
4024 }
4025
4026 static int
4027 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4028 {
4029         struct uma_stream_header ush;
4030         struct uma_type_header uth;
4031         struct uma_percpu_stat *ups;
4032         uma_zone_domain_t zdom;
4033         struct sbuf sbuf;
4034         uma_cache_t cache;
4035         uma_klink_t kl;
4036         uma_keg_t kz;
4037         uma_zone_t z;
4038         uma_keg_t k;
4039         int count, error, i;
4040
4041         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4042         if (error != 0)
4043                 return (error);
4044         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
4045         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
4046         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
4047
4048         count = 0;
4049         rw_rlock(&uma_rwlock);
4050         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4051                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
4052                         count++;
4053         }
4054
4055         /*
4056          * Insert stream header.
4057          */
4058         bzero(&ush, sizeof(ush));
4059         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
4060         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
4061         ush.ush_count = count;
4062         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
4063
4064         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4065                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4066                         bzero(&uth, sizeof(uth));
4067                         ZONE_LOCK(z);
4068                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
4069                         uth.uth_align = kz->uk_align;
4070                         uth.uth_size = kz->uk_size;
4071                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
4072                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
4073                                 k = kl->kl_keg;
4074                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
4075                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
4076                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
4077                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
4078                                     * k->uk_ipers;
4079                         }
4080
4081                         /*
4082                          * A zone is secondary is it is not the first entry
4083                          * on the keg's zone list.
4084                          */
4085                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4086                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
4087                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
4088
4089                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4090                                 zdom = &z->uz_domain[i];
4091                                 uth.uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
4092                         }
4093                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
4094                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
4095                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
4096                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
4097                         /*
4098                          * While it is not normally safe to access the cache
4099                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
4100                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
4101                          * without the zone lock held, not invalidated, so
4102                          * accept the possible race associated with bucket
4103                          * exchange during monitoring.
4104                          */
4105                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
4106                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
4107                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
4108                                     CPU_ABSENT(i))
4109                                         continue;
4110                                 cache = &z->uz_cpu[i];
4111                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
4112                                         ups[i].ups_cache_free +=
4113                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
4114                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
4115                                         ups[i].ups_cache_free +=
4116                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
4117                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
4118                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
4119                         }
4120                         ZONE_UNLOCK(z);
4121                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4122                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4123                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4124                 }
4125         }
4126         rw_runlock(&uma_rwlock);
4127         error = sbuf_finish(&sbuf);
4128         sbuf_delete(&sbuf);
4129         free(ups, M_TEMP);
4130         return (error);
4131 }
4132
4133 int
4134 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4135 {
4136         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4137         int error, max;
4138
4139         max = uma_zone_get_max(zone);
4140         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4141         if (error || !req->newptr)
4142                 return (error);
4143
4144         uma_zone_set_max(zone, max);
4145
4146         return (0);
4147 }
4148
4149 int
4150 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4151 {
4152         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4153         int cur;
4154
4155         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4156         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4157 }
4158
4159 #ifdef INVARIANTS
4160 static uma_slab_t
4161 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4162 {
4163         uma_slab_t slab;
4164         uma_keg_t keg;
4165         uint8_t *mem;
4166
4167         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4168         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4169                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4170         } else {
4171                 /*
4172                  * It is safe to return the slab here even though the
4173                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4174                  * essentially holds a reference.
4175                  */
4176                 ZONE_LOCK(zone);
4177                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
4178                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4179                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4180                 else
4181                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4182                 ZONE_UNLOCK(zone);
4183         }
4184
4185         return (slab);
4186 }
4187
4188 static bool
4189 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4190 {
4191         uma_keg_t keg;
4192
4193         if ((keg = zone_first_keg(zone)) == NULL)
4194                 return (true);
4195
4196         return (uma_dbg_kskip(keg, mem));
4197 }
4198
4199 static bool
4200 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4201 {
4202         uintptr_t idx;
4203
4204         if (dbg_divisor == 0)
4205                 return (true);
4206
4207         if (dbg_divisor == 1)
4208                 return (false);
4209
4210         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4211         if (keg->uk_ipers > 1) {
4212                 idx *= keg->uk_ipers;
4213                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4214         }
4215
4216         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4217                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4218                 return (true);
4219         }
4220         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4221
4222         return (false);
4223 }
4224
4225 /*
4226  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4227  *
4228  */
4229 static void
4230 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4231 {
4232         uma_keg_t keg;
4233         int freei;
4234
4235         if (slab == NULL) {
4236                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4237                 if (slab == NULL)
4238                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4239                             item, zone->uz_name);
4240         }
4241         keg = slab->us_keg;
4242         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4243
4244         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4245                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4246                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4247         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4248
4249         return;
4250 }
4251
4252 /*
4253  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4254  * and duplicate frees.
4255  *
4256  */
4257 static void
4258 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4259 {
4260         uma_keg_t keg;
4261         int freei;
4262
4263         if (slab == NULL) {
4264                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4265                 if (slab == NULL)
4266                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4267                             item, zone->uz_name);
4268         }
4269         keg = slab->us_keg;
4270         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4271
4272         if (freei >= keg->uk_ipers)
4273                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4274                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4275
4276         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4277                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4278                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4279
4280         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4281                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4282                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4283
4284         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4285 }
4286 #endif /* INVARIANTS */
4287
4288 #ifdef DDB
4289 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4290 {
4291         uma_keg_t kz;
4292         uma_zone_t z;
4293         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4294         long cachefree;
4295         int i;
4296
4297         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4298             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4299         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4300                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4301                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4302                                 allocs = z->uz_allocs;
4303                                 frees = z->uz_frees;
4304                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4305                                 cachefree = 0;
4306                         } else
4307                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4308                                     &frees, &sleeps);
4309                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4310                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4311                                 cachefree += kz->uk_free;
4312                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4313                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4314
4315                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u\n",
4316                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4317                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4318                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4319                         if (db_pager_quit)
4320                                 return;
4321                 }
4322         }
4323 }
4324
4325 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4326 {
4327         uma_zone_t z;
4328         uint64_t allocs, frees;
4329         long cachefree;
4330         int i;
4331
4332         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4333             "Requests", "Bucket");
4334         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4335                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4336                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4337                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4338                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4339                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4340                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4341                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4342                 if (db_pager_quit)
4343                         return;
4344         }
4345 }
4346 #endif  /* DDB */