]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
MFC revision 1.130
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002, 2003, 2004, 2005 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2005 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * effecient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 /* I should really use ktr.. */
54 /*
55 #define UMA_DEBUG 1
56 #define UMA_DEBUG_ALLOC 1
57 #define UMA_DEBUG_ALLOC_1 1
58 */
59
60 #include "opt_ddb.h"
61 #include "opt_param.h"
62
63 #include <sys/param.h>
64 #include <sys/systm.h>
65 #include <sys/kernel.h>
66 #include <sys/types.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/sbuf.h>
75 #include <sys/smp.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77
78 #include <vm/vm.h>
79 #include <vm/vm_object.h>
80 #include <vm/vm_page.h>
81 #include <vm/vm_param.h>
82 #include <vm/vm_map.h>
83 #include <vm/vm_kern.h>
84 #include <vm/vm_extern.h>
85 #include <vm/uma.h>
86 #include <vm/uma_int.h>
87 #include <vm/uma_dbg.h>
88
89 #include <machine/vmparam.h>
90
91 #include <ddb/ddb.h>
92
93 /*
94  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
95  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
96  * bss section to bootstrap us.
97  */
98 static struct uma_keg masterkeg;
99 static struct uma_zone masterzone_k;
100 static struct uma_zone masterzone_z;
101 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
102 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
103
104 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
105 static uma_zone_t slabzone;
106 static uma_zone_t slabrefzone;  /* With refcounters (for UMA_ZONE_REFCNT) */
107
108 /*
109  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
110  * prior to malloc coming up.
111  */
112 static uma_zone_t hashzone;
113
114 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
115
116 /*
117  * Are we allowed to allocate buckets?
118  */
119 static int bucketdisable = 1;
120
121 /* Linked list of all kegs in the system */
122 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(&uma_kegs);
123
124 /* This mutex protects the keg list */
125 static struct mtx uma_mtx;
126
127 /* Linked list of boot time pages */
128 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
129     LIST_HEAD_INITIALIZER(&uma_boot_pages);
130
131 /* This mutex protects the boot time pages list */
132 static struct mtx uma_boot_pages_mtx;
133
134 /* Is the VM done starting up? */
135 static int booted = 0;
136
137 /* Maximum number of allowed items-per-slab if the slab header is OFFPAGE */
138 static u_int uma_max_ipers;
139 static u_int uma_max_ipers_ref;
140
141 /*
142  * This is the handle used to schedule events that need to happen
143  * outside of the allocation fast path.
144  */
145 static struct callout uma_callout;
146 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
147
148 /*
149  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
150  * a special allocation function just for zones.
151  */
152 struct uma_zctor_args {
153         char *name;
154         size_t size;
155         uma_ctor ctor;
156         uma_dtor dtor;
157         uma_init uminit;
158         uma_fini fini;
159         uma_keg_t keg;
160         int align;
161         u_int32_t flags;
162 };
163
164 struct uma_kctor_args {
165         uma_zone_t zone;
166         size_t size;
167         uma_init uminit;
168         uma_fini fini;
169         int align;
170         u_int32_t flags;
171 };
172
173 struct uma_bucket_zone {
174         uma_zone_t      ubz_zone;
175         char            *ubz_name;
176         int             ubz_entries;
177 };
178
179 #define BUCKET_MAX      128
180
181 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
182         { NULL, "16 Bucket", 16 },
183         { NULL, "32 Bucket", 32 },
184         { NULL, "64 Bucket", 64 },
185         { NULL, "128 Bucket", 128 },
186         { NULL, NULL, 0}
187 };
188
189 #define BUCKET_SHIFT    4
190 #define BUCKET_ZONES    ((BUCKET_MAX >> BUCKET_SHIFT) + 1)
191
192 /*
193  * bucket_size[] maps requested bucket sizes to zones that allocate a bucket
194  * of approximately the right size.
195  */
196 static uint8_t bucket_size[BUCKET_ZONES];
197
198 /*
199  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
200  */
201 enum zfreeskip { SKIP_NONE, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
202
203 #define ZFREE_STATFAIL  0x00000001      /* Update zone failure statistic. */
204 #define ZFREE_STATFREE  0x00000002      /* Update zone free statistic. */
205
206 /* Prototypes.. */
207
208 static void *obj_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
209 static void *page_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
210 static void *startup_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
211 static void page_free(void *, int, u_int8_t);
212 static uma_slab_t slab_zalloc(uma_zone_t, int);
213 static void cache_drain(uma_zone_t);
214 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
215 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
216 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
217 static void keg_dtor(void *, int, void *);
218 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
219 static void zone_dtor(void *, int, void *);
220 static int zero_init(void *, int, int);
221 static void zone_small_init(uma_zone_t zone);
222 static void zone_large_init(uma_zone_t zone);
223 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
224 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
225 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
226 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
227 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
228 static void uma_timeout(void *);
229 static void uma_startup3(void);
230 static void *uma_zalloc_internal(uma_zone_t, void *, int);
231 static void uma_zfree_internal(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip,
232     int);
233 static void bucket_enable(void);
234 static void bucket_init(void);
235 static uma_bucket_t bucket_alloc(int, int);
236 static void bucket_free(uma_bucket_t);
237 static void bucket_zone_drain(void);
238 static int uma_zalloc_bucket(uma_zone_t zone, int flags);
239 static uma_slab_t uma_zone_slab(uma_zone_t zone, int flags);
240 static void *uma_slab_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab);
241 static void zone_drain(uma_zone_t);
242 static uma_zone_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
243     uma_fini fini, int align, u_int32_t flags);
244
245 void uma_print_zone(uma_zone_t);
246 void uma_print_stats(void);
247 static int sysctl_vm_zone(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
248 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
249 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
250
251 #ifdef WITNESS
252 static int nosleepwithlocks = 1;
253 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, nosleepwithlocks, CTLFLAG_RW, &nosleepwithlocks,
254     0, "Convert M_WAITOK to M_NOWAIT to avoid lock-held-across-sleep paths");
255 #else
256 static int nosleepwithlocks = 0;
257 SYSCTL_INT(_debug, OID_AUTO, nosleepwithlocks, CTLFLAG_RW, &nosleepwithlocks,
258     0, "Convert M_WAITOK to M_NOWAIT to avoid lock-held-across-sleep paths");
259 #endif
260 SYSCTL_OID(_vm, OID_AUTO, zone, CTLTYPE_STRING|CTLFLAG_RD,
261     NULL, 0, sysctl_vm_zone, "A", "Zone Info");
262 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
263
264 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
265     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
266
267 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
268     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
269
270 /*
271  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
272  */
273
274 static void
275 bucket_enable(void)
276 {
277         if (cnt.v_free_count < cnt.v_free_min)
278                 bucketdisable = 1;
279         else
280                 bucketdisable = 0;
281 }
282
283 /*
284  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
285  *
286  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
287  * of the header and an array of pointers.  Initialize bucket_size[] to point
288  * the range of appropriate bucket sizes at the zone.
289  */
290 static void
291 bucket_init(void)
292 {
293         struct uma_bucket_zone *ubz;
294         int i;
295         int j;
296
297         for (i = 0, j = 0; bucket_zones[j].ubz_entries != 0; j++) {
298                 int size;
299
300                 ubz = &bucket_zones[j];
301                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
302                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
303                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
304                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
305                 for (; i <= ubz->ubz_entries; i += (1 << BUCKET_SHIFT))
306                         bucket_size[i >> BUCKET_SHIFT] = j;
307         }
308 }
309
310 /*
311  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
312  * to allocate the bucket.
313  */
314 static struct uma_bucket_zone *
315 bucket_zone_lookup(int entries)
316 {
317         int idx;
318
319         idx = howmany(entries, 1 << BUCKET_SHIFT);
320         return (&bucket_zones[bucket_size[idx]]);
321 }
322
323 static uma_bucket_t
324 bucket_alloc(int entries, int bflags)
325 {
326         struct uma_bucket_zone *ubz;
327         uma_bucket_t bucket;
328
329         /*
330          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
331          * running out of UMA_BOOT_PAGES.  Otherwise, we would exhaust the
332          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
333          * low memory situations.
334          */
335         if (bucketdisable)
336                 return (NULL);
337
338         ubz = bucket_zone_lookup(entries);
339         bucket = uma_zalloc_internal(ubz->ubz_zone, NULL, bflags);
340         if (bucket) {
341 #ifdef INVARIANTS
342                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
343 #endif
344                 bucket->ub_cnt = 0;
345                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
346         }
347
348         return (bucket);
349 }
350
351 static void
352 bucket_free(uma_bucket_t bucket)
353 {
354         struct uma_bucket_zone *ubz;
355
356         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
357         uma_zfree_internal(ubz->ubz_zone, bucket, NULL, SKIP_NONE,
358             ZFREE_STATFREE);
359 }
360
361 static void
362 bucket_zone_drain(void)
363 {
364         struct uma_bucket_zone *ubz;
365
366         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
367                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
368 }
369
370
371 /*
372  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
373  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
374  *
375  * Arguments:
376  *      arg   Unused
377  *
378  * Returns:
379  *      Nothing
380  */
381 static void
382 uma_timeout(void *unused)
383 {
384         bucket_enable();
385         zone_foreach(zone_timeout);
386
387         /* Reschedule this event */
388         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
389 }
390
391 /*
392  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
393  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
394  *
395  *  Arguments:
396  *      zone  The zone to operate on
397  *
398  *  Returns:
399  *      Nothing
400  */
401 static void
402 zone_timeout(uma_zone_t zone)
403 {
404         uma_keg_t keg;
405         u_int64_t alloc;
406
407         keg = zone->uz_keg;
408         alloc = 0;
409
410         /*
411          * Expand the zone hash table.
412          *
413          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
414          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
415          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
416          */
417         ZONE_LOCK(zone);
418         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
419             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
420                 struct uma_hash newhash;
421                 struct uma_hash oldhash;
422                 int ret;
423
424                 /*
425                  * This is so involved because allocating and freeing
426                  * while the zone lock is held will lead to deadlock.
427                  * I have to do everything in stages and check for
428                  * races.
429                  */
430                 newhash = keg->uk_hash;
431                 ZONE_UNLOCK(zone);
432                 ret = hash_alloc(&newhash);
433                 ZONE_LOCK(zone);
434                 if (ret) {
435                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
436                                 oldhash = keg->uk_hash;
437                                 keg->uk_hash = newhash;
438                         } else
439                                 oldhash = newhash;
440
441                         ZONE_UNLOCK(zone);
442                         hash_free(&oldhash);
443                         ZONE_LOCK(zone);
444                 }
445         }
446         ZONE_UNLOCK(zone);
447 }
448
449 /*
450  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
451  * backing store.
452  *
453  * Arguments:
454  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
455  *
456  * Returns:
457  *      1 on sucess and 0 on failure.
458  */
459 static int
460 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
461 {
462         int oldsize;
463         int alloc;
464
465         oldsize = hash->uh_hashsize;
466
467         /* We're just going to go to a power of two greater */
468         if (oldsize)  {
469                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
470                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
471                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
472                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
473         } else {
474                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
475                 hash->uh_slab_hash = uma_zalloc_internal(hashzone, NULL,
476                     M_WAITOK);
477                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
478         }
479         if (hash->uh_slab_hash) {
480                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
481                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
482                 return (1);
483         }
484
485         return (0);
486 }
487
488 /*
489  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
490  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
491  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
492  *
493  * Arguments:
494  *      oldhash  The hash you want to expand
495  *      newhash  The hash structure for the new table
496  *
497  * Returns:
498  *      Nothing
499  *
500  * Discussion:
501  */
502 static int
503 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
504 {
505         uma_slab_t slab;
506         int hval;
507         int i;
508
509         if (!newhash->uh_slab_hash)
510                 return (0);
511
512         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
513                 return (0);
514
515         /*
516          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
517          * full rehash.
518          */
519
520         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
521                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
522                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
523                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
524                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
525                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
526                             slab, us_hlink);
527                 }
528
529         return (1);
530 }
531
532 /*
533  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
534  *
535  * Arguments:
536  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
537  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
538  *
539  * Returns:
540  *      Nothing
541  */
542 static void
543 hash_free(struct uma_hash *hash)
544 {
545         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
546                 return;
547         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
548                 uma_zfree_internal(hashzone,
549                     hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
550         else
551                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
552 }
553
554 /*
555  * Frees all outstanding items in a bucket
556  *
557  * Arguments:
558  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
559  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
560  *
561  * Returns:
562  *      Nothing
563  */
564
565 static void
566 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
567 {
568         uma_slab_t slab;
569         int mzone;
570         void *item;
571
572         if (bucket == NULL)
573                 return;
574
575         slab = NULL;
576         mzone = 0;
577
578         /* We have to lookup the slab again for malloc.. */
579         if (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
580                 mzone = 1;
581
582         while (bucket->ub_cnt > 0)  {
583                 bucket->ub_cnt--;
584                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
585 #ifdef INVARIANTS
586                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
587                 KASSERT(item != NULL,
588                     ("bucket_drain: botched ptr, item is NULL"));
589 #endif
590                 /*
591                  * This is extremely inefficient.  The slab pointer was passed
592                  * to uma_zfree_arg, but we lost it because the buckets don't
593                  * hold them.  This will go away when free() gets a size passed
594                  * to it.
595                  */
596                 if (mzone)
597                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
598                 uma_zfree_internal(zone, item, slab, SKIP_DTOR, 0);
599         }
600 }
601
602 /*
603  * Drains the per cpu caches for a zone.
604  *
605  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
606  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
607  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
608  *
609  * Arguments:
610  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
611  *
612  * Returns:
613  *      Nothing
614  */
615 static void
616 cache_drain(uma_zone_t zone)
617 {
618         uma_cache_t cache;
619         int cpu;
620
621         /*
622          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
623          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
624          * of the caches at this point.
625          *
626          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
627          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
628          *
629          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
630          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
631          * there in some form?
632          */
633         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
634                 if (CPU_ABSENT(cpu))
635                         continue;
636                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
637                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
638                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
639                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
640                         bucket_free(cache->uc_allocbucket);
641                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
642                         bucket_free(cache->uc_freebucket);
643                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
644         }
645         ZONE_LOCK(zone);
646         bucket_cache_drain(zone);
647         ZONE_UNLOCK(zone);
648 }
649
650 /*
651  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
652  */
653 static void
654 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
655 {
656         uma_bucket_t bucket;
657
658         /*
659          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
660          * cpu (alloc/free).
661          */
662         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_full_bucket)) != NULL) {
663                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
664                 ZONE_UNLOCK(zone);
665                 bucket_drain(zone, bucket);
666                 bucket_free(bucket);
667                 ZONE_LOCK(zone);
668         }
669
670         /* Now we do the free queue.. */
671         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
672                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
673                 bucket_free(bucket);
674         }
675 }
676
677 /*
678  * Frees pages from a zone back to the system.  This is done on demand from
679  * the pageout daemon.
680  *
681  * Arguments:
682  *      zone  The zone to free pages from
683  *       all  Should we drain all items?
684  *
685  * Returns:
686  *      Nothing.
687  */
688 static void
689 zone_drain(uma_zone_t zone)
690 {
691         struct slabhead freeslabs = { 0 };
692         uma_keg_t keg;
693         uma_slab_t slab;
694         uma_slab_t n;
695         u_int8_t flags;
696         u_int8_t *mem;
697         int i;
698
699         keg = zone->uz_keg;
700
701         /*
702          * We don't want to take pages from statically allocated zones at this
703          * time
704          */
705         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
706                 return;
707
708         ZONE_LOCK(zone);
709
710 #ifdef UMA_DEBUG
711         printf("%s free items: %u\n", zone->uz_name, keg->uk_free);
712 #endif
713         bucket_cache_drain(zone);
714         if (keg->uk_free == 0)
715                 goto finished;
716
717         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
718         while (slab) {
719                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
720
721                 /* We have no where to free these to */
722                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
723                         slab = n;
724                         continue;
725                 }
726
727                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
728                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
729                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
730
731                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
732                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
733
734                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
735
736                 slab = n;
737         }
738 finished:
739         ZONE_UNLOCK(zone);
740
741         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
742                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
743                 if (keg->uk_fini)
744                         for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
745                                 keg->uk_fini(
746                                     slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
747                                     keg->uk_size);
748                 flags = slab->us_flags;
749                 mem = slab->us_data;
750
751                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
752                     (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
753                         vm_object_t obj;
754
755                         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
756                                 obj = kmem_object;
757                         else
758                                 obj = NULL;
759                         for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
760                                 vsetobj((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
761                                     obj);
762                 }
763                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
764                         uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab, NULL,
765                             SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
766 #ifdef UMA_DEBUG
767                 printf("%s: Returning %d bytes.\n",
768                     zone->uz_name, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera);
769 #endif
770                 keg->uk_freef(mem, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
771         }
772 }
773
774 /*
775  * Allocate a new slab for a zone.  This does not insert the slab onto a list.
776  *
777  * Arguments:
778  *      zone  The zone to allocate slabs for
779  *      wait  Shall we wait?
780  *
781  * Returns:
782  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
783  *      caller specified M_NOWAIT.
784  */
785 static uma_slab_t
786 slab_zalloc(uma_zone_t zone, int wait)
787 {
788         uma_slabrefcnt_t slabref;
789         uma_slab_t slab;
790         uma_keg_t keg;
791         u_int8_t *mem;
792         u_int8_t flags;
793         int i;
794
795         slab = NULL;
796         keg = zone->uz_keg;
797
798 #ifdef UMA_DEBUG
799         printf("slab_zalloc:  Allocating a new slab for %s\n", zone->uz_name);
800 #endif
801         ZONE_UNLOCK(zone);
802
803         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
804                 slab = uma_zalloc_internal(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
805                 if (slab == NULL) {
806                         ZONE_LOCK(zone);
807                         return NULL;
808                 }
809         }
810
811         /*
812          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
813          * first time they are added to a zone.
814          *
815          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
816          */
817
818         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
819                 wait |= M_ZERO;
820         else
821                 wait &= ~M_ZERO;
822
823         mem = keg->uk_allocf(zone, keg->uk_ppera * UMA_SLAB_SIZE,
824             &flags, wait);
825         if (mem == NULL) {
826                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
827                         uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab, NULL,
828                             SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
829                 ZONE_LOCK(zone);
830                 return (NULL);
831         }
832
833         /* Point the slab into the allocated memory */
834         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
835                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
836
837         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
838             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT))
839                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
840                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
841
842         slab->us_keg = keg;
843         slab->us_data = mem;
844         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
845         slab->us_firstfree = 0;
846         slab->us_flags = flags;
847
848         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
849                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
850                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++) {
851                         slabref->us_freelist[i].us_refcnt = 0;
852                         slabref->us_freelist[i].us_item = i+1;
853                 }
854         } else {
855                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
856                         slab->us_freelist[i].us_item = i+1;
857         }
858
859         if (keg->uk_init != NULL) {
860                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
861                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
862                             keg->uk_size, wait) != 0)
863                                 break;
864                 if (i != keg->uk_ipers) {
865                         if (keg->uk_fini != NULL) {
866                                 for (i--; i > -1; i--)
867                                         keg->uk_fini(slab->us_data +
868                                             (keg->uk_rsize * i),
869                                             keg->uk_size);
870                         }
871                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
872                             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
873                                 vm_object_t obj;
874
875                                 if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
876                                         obj = kmem_object;
877                                 else
878                                         obj = NULL;
879                                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
880                                         vsetobj((vm_offset_t)mem +
881                                             (i * PAGE_SIZE), obj);
882                         }
883                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
884                                 uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab,
885                                     NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
886                         keg->uk_freef(mem, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera,
887                             flags);
888                         ZONE_LOCK(zone);
889                         return (NULL);
890                 }
891         }
892         ZONE_LOCK(zone);
893
894         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
895                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
896
897         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
898         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
899
900         return (slab);
901 }
902
903 /*
904  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
905  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
906  * the VM is ready.
907  */
908 static void *
909 startup_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *pflag, int wait)
910 {
911         uma_keg_t keg;
912         uma_slab_t tmps;
913
914         keg = zone->uz_keg;
915
916         /*
917          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
918          */
919         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
920         if ((tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages)) != NULL) {
921                 LIST_REMOVE(tmps, us_link);
922                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
923                 *pflag = tmps->us_flags;
924                 return (tmps->us_data);
925         }
926         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
927         if (booted == 0)
928                 panic("UMA: Increase UMA_BOOT_PAGES");
929         /*
930          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
931          */
932 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
933         keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
934 #else
935         keg->uk_allocf = page_alloc;
936 #endif
937         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
938 }
939
940 /*
941  * Allocates a number of pages from the system
942  *
943  * Arguments:
944  *      zone  Unused
945  *      bytes  The number of bytes requested
946  *      wait  Shall we wait?
947  *
948  * Returns:
949  *      A pointer to the alloced memory or possibly
950  *      NULL if M_NOWAIT is set.
951  */
952 static void *
953 page_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *pflag, int wait)
954 {
955         void *p;        /* Returned page */
956
957         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
958         p = (void *) kmem_malloc(kmem_map, bytes, wait);
959
960         return (p);
961 }
962
963 /*
964  * Allocates a number of pages from within an object
965  *
966  * Arguments:
967  *      zone   Unused
968  *      bytes  The number of bytes requested
969  *      wait   Shall we wait?
970  *
971  * Returns:
972  *      A pointer to the alloced memory or possibly
973  *      NULL if M_NOWAIT is set.
974  */
975 static void *
976 obj_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *flags, int wait)
977 {
978         vm_object_t object;
979         vm_offset_t retkva, zkva;
980         vm_page_t p;
981         int pages, startpages;
982
983         object = zone->uz_keg->uk_obj;
984         retkva = 0;
985
986         /*
987          * This looks a little weird since we're getting one page at a time.
988          */
989         VM_OBJECT_LOCK(object);
990         p = TAILQ_LAST(&object->memq, pglist);
991         pages = p != NULL ? p->pindex + 1 : 0;
992         startpages = pages;
993         zkva = zone->uz_keg->uk_kva + pages * PAGE_SIZE;
994         for (; bytes > 0; bytes -= PAGE_SIZE) {
995                 p = vm_page_alloc(object, pages,
996                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED);
997                 if (p == NULL) {
998                         if (pages != startpages)
999                                 pmap_qremove(retkva, pages - startpages);
1000                         while (pages != startpages) {
1001                                 pages--;
1002                                 p = TAILQ_LAST(&object->memq, pglist);
1003                                 vm_page_lock_queues();
1004                                 vm_page_unwire(p, 0);
1005                                 vm_page_free(p);
1006                                 vm_page_unlock_queues();
1007                         }
1008                         retkva = 0;
1009                         goto done;
1010                 }
1011                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1012                 if (retkva == 0)
1013                         retkva = zkva;
1014                 zkva += PAGE_SIZE;
1015                 pages += 1;
1016         }
1017 done:
1018         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1019         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1020
1021         return ((void *)retkva);
1022 }
1023
1024 /*
1025  * Frees a number of pages to the system
1026  *
1027  * Arguments:
1028  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1029  *      size  The size of the memory being freed
1030  *      flags The original p->us_flags field
1031  *
1032  * Returns:
1033  *      Nothing
1034  */
1035 static void
1036 page_free(void *mem, int size, u_int8_t flags)
1037 {
1038         vm_map_t map;
1039
1040         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1041                 map = kmem_map;
1042         else
1043                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d\n", flags);
1044
1045         kmem_free(map, (vm_offset_t)mem, size);
1046 }
1047
1048 /*
1049  * Zero fill initializer
1050  *
1051  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1052  */
1053 static int
1054 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1055 {
1056         bzero(mem, size);
1057         return (0);
1058 }
1059
1060 /*
1061  * Finish creating a small uma zone.  This calculates ipers, and the zone size.
1062  *
1063  * Arguments
1064  *      zone  The zone we should initialize
1065  *
1066  * Returns
1067  *      Nothing
1068  */
1069 static void
1070 zone_small_init(uma_zone_t zone)
1071 {
1072         uma_keg_t keg;
1073         u_int rsize;
1074         u_int memused;
1075         u_int wastedspace;
1076         u_int shsize;
1077
1078         keg = zone->uz_keg;
1079         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in zone_small_init"));
1080         rsize = keg->uk_size;
1081
1082         if (rsize < UMA_SMALLEST_UNIT)
1083                 rsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1084         if (rsize & keg->uk_align)
1085                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1086
1087         keg->uk_rsize = rsize;
1088         keg->uk_ppera = 1;
1089
1090         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1091                 rsize += UMA_FRITMREF_SZ;       /* linkage & refcnt */
1092                 shsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1093         } else {
1094                 rsize += UMA_FRITM_SZ;  /* Account for linkage */
1095                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1096         }
1097
1098         keg->uk_ipers = (UMA_SLAB_SIZE - shsize) / rsize;
1099         KASSERT(keg->uk_ipers != 0, ("zone_small_init: ipers is 0"));
1100         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1101         wastedspace = UMA_SLAB_SIZE - memused;
1102
1103         /*
1104          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1105          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1106          * may end up going to the VM (kmem_map) for slabs which we
1107          * do not want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a
1108          * result of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1109          */
1110         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1111             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1112                 return;
1113
1114         if ((wastedspace >= UMA_MAX_WASTE) &&
1115             (keg->uk_ipers < (UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize))) {
1116                 keg->uk_ipers = UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize;
1117                 KASSERT(keg->uk_ipers <= 255,
1118                     ("zone_small_init: keg->uk_ipers too high!"));
1119 #ifdef UMA_DEBUG
1120                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1121                     "zone: %s, calculated wastedspace = %d, "
1122                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1123                     "calculated ipers = %d, "
1124                     "new wasted space = %d\n", zone->uz_name, wastedspace,
1125                     UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1126                     UMA_SLAB_SIZE - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1127 #endif
1128                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1129                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1130                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1131         }
1132 }
1133
1134 /*
1135  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma zone.  Just give in and do
1136  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1137  * more complicated.
1138  *
1139  * Arguments
1140  *      zone  The zone we should initialize
1141  *
1142  * Returns
1143  *      Nothing
1144  */
1145 static void
1146 zone_large_init(uma_zone_t zone)
1147 {
1148         uma_keg_t keg;
1149         int pages;
1150
1151         keg = zone->uz_keg;
1152
1153         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in zone_large_init"));
1154         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1155             ("zone_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY zone"));
1156
1157         pages = keg->uk_size / UMA_SLAB_SIZE;
1158
1159         /* Account for remainder */
1160         if ((pages * UMA_SLAB_SIZE) < keg->uk_size)
1161                 pages++;
1162
1163         keg->uk_ppera = pages;
1164         keg->uk_ipers = 1;
1165
1166         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1167         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1168                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1169
1170         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1171 }
1172
1173 /*
1174  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1175  * the keg onto the global keg list.
1176  *
1177  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1178  *      udata  Actually uma_kctor_args
1179  */
1180 static int
1181 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1182 {
1183         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1184         uma_keg_t keg = mem;
1185         uma_zone_t zone;
1186
1187         bzero(keg, size);
1188         keg->uk_size = arg->size;
1189         keg->uk_init = arg->uminit;
1190         keg->uk_fini = arg->fini;
1191         keg->uk_align = arg->align;
1192         keg->uk_free = 0;
1193         keg->uk_pages = 0;
1194         keg->uk_flags = arg->flags;
1195         keg->uk_allocf = page_alloc;
1196         keg->uk_freef = page_free;
1197         keg->uk_recurse = 0;
1198         keg->uk_slabzone = NULL;
1199
1200         /*
1201          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1202          */
1203         zone = arg->zone;
1204         zone->uz_keg = keg;
1205
1206         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1207                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1208
1209         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1210                 keg->uk_init = zero_init;
1211
1212         /*
1213          * The +UMA_FRITM_SZ added to uk_size is to account for the
1214          * linkage that is added to the size in zone_small_init().  If
1215          * we don't account for this here then we may end up in
1216          * zone_small_init() with a calculated 'ipers' of 0.
1217          */
1218         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1219                 if ((keg->uk_size+UMA_FRITMREF_SZ) >
1220                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt)))
1221                         zone_large_init(zone);
1222                 else
1223                         zone_small_init(zone);
1224         } else {
1225                 if ((keg->uk_size+UMA_FRITM_SZ) >
1226                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1227                         zone_large_init(zone);
1228                 else
1229                         zone_small_init(zone);
1230         }
1231
1232         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1233                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1234                         keg->uk_slabzone = slabrefzone;
1235                 else
1236                         keg->uk_slabzone = slabzone;
1237         }
1238
1239         /*
1240          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1241          * startup cache until the vm is ready.
1242          */
1243         if (keg->uk_ppera == 1) {
1244 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1245                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1246                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1247 #endif
1248                 if (booted == 0)
1249                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1250         }
1251
1252         /*
1253          * Initialize keg's lock (shared among zones) through
1254          * Master zone
1255          */
1256         zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1257         if (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS)
1258                 ZONE_LOCK_INIT(zone, 1);
1259         else
1260                 ZONE_LOCK_INIT(zone, 0);
1261
1262         /*
1263          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1264          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1265          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1266          */
1267         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1268                 u_int totsize;
1269
1270                 /* Size of the slab struct and free list */
1271                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1272                         totsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt) +
1273                             keg->uk_ipers * UMA_FRITMREF_SZ;
1274                 else
1275                         totsize = sizeof(struct uma_slab) +
1276                             keg->uk_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1277
1278                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1279                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1280                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1281                 keg->uk_pgoff = UMA_SLAB_SIZE - totsize;
1282
1283                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1284                         totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab_refcnt)
1285                             + keg->uk_ipers * UMA_FRITMREF_SZ;
1286                 else
1287                         totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab)
1288                             + keg->uk_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1289
1290                 /*
1291                  * The only way the following is possible is if with our
1292                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1293                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1294                  * mathematically possible for all cases, so we make
1295                  * sure here anyway.
1296                  */
1297                 if (totsize > UMA_SLAB_SIZE) {
1298                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1299                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1300                             keg->uk_size);
1301                         panic("UMA slab won't fit.\n");
1302                 }
1303         }
1304
1305         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1306                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1307
1308 #ifdef UMA_DEBUG
1309         printf("%s(%p) size = %d ipers = %d ppera = %d pgoff = %d\n",
1310             zone->uz_name, zone,
1311             keg->uk_size, keg->uk_ipers,
1312             keg->uk_ppera, keg->uk_pgoff);
1313 #endif
1314
1315         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1316
1317         mtx_lock(&uma_mtx);
1318         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1319         mtx_unlock(&uma_mtx);
1320         return (0);
1321 }
1322
1323 /*
1324  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1325  *
1326  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1327  *      udata  Actually uma_zctor_args
1328  */
1329
1330 static int
1331 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1332 {
1333         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1334         uma_zone_t zone = mem;
1335         uma_zone_t z;
1336         uma_keg_t keg;
1337
1338         bzero(zone, size);
1339         zone->uz_name = arg->name;
1340         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1341         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1342         zone->uz_init = NULL;
1343         zone->uz_fini = NULL;
1344         zone->uz_allocs = 0;
1345         zone->uz_frees = 0;
1346         zone->uz_fails = 0;
1347         zone->uz_fills = zone->uz_count = 0;
1348
1349         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1350                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1351                 keg = arg->keg;
1352                 zone->uz_keg = keg;
1353                 zone->uz_init = arg->uminit;
1354                 zone->uz_fini = arg->fini;
1355                 zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1356                 mtx_lock(&uma_mtx);
1357                 ZONE_LOCK(zone);
1358                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1359                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1360                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1361                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1362                                 break;
1363                         }
1364                 }
1365                 ZONE_UNLOCK(zone);
1366                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1367         } else if (arg->keg == NULL) {
1368                 if (uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1369                     arg->align, arg->flags) == NULL)
1370                         return (ENOMEM);
1371         } else {
1372                 struct uma_kctor_args karg;
1373                 int error;
1374
1375                 /* We should only be here from uma_startup() */
1376                 karg.size = arg->size;
1377                 karg.uminit = arg->uminit;
1378                 karg.fini = arg->fini;
1379                 karg.align = arg->align;
1380                 karg.flags = arg->flags;
1381                 karg.zone = zone;
1382                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1383                     flags);
1384                 if (error)
1385                         return (error);
1386         }
1387         keg = zone->uz_keg;
1388         zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1389
1390         /*
1391          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1392          * caches.  If we're internal, bail out here.
1393          */
1394         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1395                 KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1396                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1397                 return (0);
1398         }
1399
1400         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET)
1401                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1402         else if (keg->uk_ipers <= BUCKET_MAX)
1403                 zone->uz_count = keg->uk_ipers;
1404         else
1405                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1406         return (0);
1407 }
1408
1409 /*
1410  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1411  * table and removes the keg from the global list.
1412  *
1413  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1414  *      udata  unused
1415  */
1416 static void
1417 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1418 {
1419         uma_keg_t keg;
1420
1421         keg = (uma_keg_t)arg;
1422         mtx_lock(&keg->uk_lock);
1423         if (keg->uk_free != 0) {
1424                 printf("Freed UMA keg was not empty (%d items). "
1425                     " Lost %d pages of memory.\n",
1426                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1427         }
1428         mtx_unlock(&keg->uk_lock);
1429
1430         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1431                 hash_free(&keg->uk_hash);
1432
1433         mtx_destroy(&keg->uk_lock);
1434 }
1435
1436 /*
1437  * Zone header dtor.
1438  *
1439  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1440  *      udata  unused
1441  */
1442 static void
1443 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1444 {
1445         uma_zone_t zone;
1446         uma_keg_t keg;
1447
1448         zone = (uma_zone_t)arg;
1449         keg = zone->uz_keg;
1450
1451         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1452                 cache_drain(zone);
1453
1454         mtx_lock(&uma_mtx);
1455         zone_drain(zone);
1456         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1457                 LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1458                 /*
1459                  * XXX there are some races here where
1460                  * the zone can be drained but zone lock
1461                  * released and then refilled before we
1462                  * remove it... we dont care for now
1463                  */
1464                 ZONE_LOCK(zone);
1465                 if (LIST_EMPTY(&keg->uk_zones))
1466                         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_SECONDARY;
1467                 ZONE_UNLOCK(zone);
1468                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1469         } else {
1470                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1471                 LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1472                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1473                 uma_zfree_internal(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE,
1474                     ZFREE_STATFREE);
1475         }
1476         zone->uz_keg = NULL;
1477 }
1478
1479 /*
1480  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1481  *
1482  * Arguments:
1483  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1484  *              as an argument.
1485  *
1486  * Returns:
1487  *      Nothing
1488  */
1489 static void
1490 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1491 {
1492         uma_keg_t keg;
1493         uma_zone_t zone;
1494
1495         mtx_lock(&uma_mtx);
1496         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1497                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1498                         zfunc(zone);
1499         }
1500         mtx_unlock(&uma_mtx);
1501 }
1502
1503 /* Public functions */
1504 /* See uma.h */
1505 void
1506 uma_startup(void *bootmem)
1507 {
1508         struct uma_zctor_args args;
1509         uma_slab_t slab;
1510         u_int slabsize;
1511         u_int objsize, totsize, wsize;
1512         int i;
1513
1514 #ifdef UMA_DEBUG
1515         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1516 #endif
1517         mtx_init(&uma_mtx, "UMA lock", NULL, MTX_DEF);
1518
1519         /*
1520          * Figure out the maximum number of items-per-slab we'll have if
1521          * we're using the OFFPAGE slab header to track free items, given
1522          * all possible object sizes and the maximum desired wastage
1523          * (UMA_MAX_WASTE).
1524          *
1525          * We iterate until we find an object size for
1526          * which the calculated wastage in zone_small_init() will be
1527          * enough to warrant OFFPAGE.  Since wastedspace versus objsize
1528          * is an overall increasing see-saw function, we find the smallest
1529          * objsize such that the wastage is always acceptable for objects
1530          * with that objsize or smaller.  Since a smaller objsize always
1531          * generates a larger possible uma_max_ipers, we use this computed
1532          * objsize to calculate the largest ipers possible.  Since the
1533          * ipers calculated for OFFPAGE slab headers is always larger than
1534          * the ipers initially calculated in zone_small_init(), we use
1535          * the former's equation (UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize) to
1536          * obtain the maximum ipers possible for offpage slab headers.
1537          *
1538          * It should be noted that ipers versus objsize is an inversly
1539          * proportional function which drops off rather quickly so as
1540          * long as our UMA_MAX_WASTE is such that the objsize we calculate
1541          * falls into the portion of the inverse relation AFTER the steep
1542          * falloff, then uma_max_ipers shouldn't be too high (~10 on i386).
1543          *
1544          * Note that we have 8-bits (1 byte) to use as a freelist index
1545          * inside the actual slab header itself and this is enough to
1546          * accomodate us.  In the worst case, a UMA_SMALLEST_UNIT sized
1547          * object with offpage slab header would have ipers =
1548          * UMA_SLAB_SIZE / UMA_SMALLEST_UNIT (currently = 256), which is
1549          * 1 greater than what our byte-integer freelist index can
1550          * accomodate, but we know that this situation never occurs as
1551          * for UMA_SMALLEST_UNIT-sized objects, we will never calculate
1552          * that we need to go to offpage slab headers.  Or, if we do,
1553          * then we trap that condition below and panic in the INVARIANTS case.
1554          */
1555         wsize = UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab) - UMA_MAX_WASTE;
1556         totsize = wsize;
1557         objsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1558         while (totsize >= wsize) {
1559                 totsize = (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)) /
1560                     (objsize + UMA_FRITM_SZ);
1561                 totsize *= (UMA_FRITM_SZ + objsize);
1562                 objsize++;
1563         }
1564         if (objsize > UMA_SMALLEST_UNIT)
1565                 objsize--;
1566         uma_max_ipers = UMA_SLAB_SIZE / objsize;
1567
1568         wsize = UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt) - UMA_MAX_WASTE;
1569         totsize = wsize;
1570         objsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1571         while (totsize >= wsize) {
1572                 totsize = (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt)) /
1573                     (objsize + UMA_FRITMREF_SZ);
1574                 totsize *= (UMA_FRITMREF_SZ + objsize);
1575                 objsize++;
1576         }
1577         if (objsize > UMA_SMALLEST_UNIT)
1578                 objsize--;
1579         uma_max_ipers_ref = UMA_SLAB_SIZE / objsize;
1580
1581         KASSERT((uma_max_ipers_ref <= 255) && (uma_max_ipers <= 255),
1582             ("uma_startup: calculated uma_max_ipers values too large!"));
1583
1584 #ifdef UMA_DEBUG
1585         printf("Calculated uma_max_ipers (for OFFPAGE) is %d\n", uma_max_ipers);
1586         printf("Calculated uma_max_ipers_slab (for OFFPAGE) is %d\n",
1587             uma_max_ipers_ref);
1588 #endif
1589
1590         /* "manually" create the initial zone */
1591         args.name = "UMA Kegs";
1592         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1593         args.ctor = keg_ctor;
1594         args.dtor = keg_dtor;
1595         args.uminit = zero_init;
1596         args.fini = NULL;
1597         args.keg = &masterkeg;
1598         args.align = 32 - 1;
1599         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1600         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1601         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1602
1603 #ifdef UMA_DEBUG
1604         printf("Filling boot free list.\n");
1605 #endif
1606         for (i = 0; i < UMA_BOOT_PAGES; i++) {
1607                 slab = (uma_slab_t)((u_int8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1608                 slab->us_data = (u_int8_t *)slab;
1609                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1610                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1611         }
1612         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1613
1614 #ifdef UMA_DEBUG
1615         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1616 #endif
1617         args.name = "UMA Zones";
1618         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1619             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1620         args.ctor = zone_ctor;
1621         args.dtor = zone_dtor;
1622         args.uminit = zero_init;
1623         args.fini = NULL;
1624         args.keg = NULL;
1625         args.align = 32 - 1;
1626         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1627         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1628         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1629
1630 #ifdef UMA_DEBUG
1631         printf("Initializing pcpu cache locks.\n");
1632 #endif
1633 #ifdef UMA_DEBUG
1634         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1635 #endif
1636
1637         /*
1638          * This is the max number of free list items we'll have with
1639          * offpage slabs.
1640          */
1641         slabsize = uma_max_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1642         slabsize += sizeof(struct uma_slab);
1643
1644         /* Now make a zone for slab headers */
1645         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1646                                 slabsize,
1647                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1648                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1649
1650         /*
1651          * We also create a zone for the bigger slabs with reference
1652          * counts in them, to accomodate UMA_ZONE_REFCNT zones.
1653          */
1654         slabsize = uma_max_ipers_ref * UMA_FRITMREF_SZ;
1655         slabsize += sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1656         slabrefzone = uma_zcreate("UMA RCntSlabs",
1657                                   slabsize,
1658                                   NULL, NULL, NULL, NULL,
1659                                   UMA_ALIGN_PTR,
1660                                   UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1661
1662         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1663             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1664             NULL, NULL, NULL, NULL,
1665             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1666
1667         bucket_init();
1668
1669 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1670         booted = 1;
1671 #endif
1672
1673 #ifdef UMA_DEBUG
1674         printf("UMA startup complete.\n");
1675 #endif
1676 }
1677
1678 /* see uma.h */
1679 void
1680 uma_startup2(void)
1681 {
1682         booted = 1;
1683         bucket_enable();
1684 #ifdef UMA_DEBUG
1685         printf("UMA startup2 complete.\n");
1686 #endif
1687 }
1688
1689 /*
1690  * Initialize our callout handle
1691  *
1692  */
1693
1694 static void
1695 uma_startup3(void)
1696 {
1697 #ifdef UMA_DEBUG
1698         printf("Starting callout.\n");
1699 #endif
1700         callout_init(&uma_callout, CALLOUT_MPSAFE);
1701         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1702 #ifdef UMA_DEBUG
1703         printf("UMA startup3 complete.\n");
1704 #endif
1705 }
1706
1707 static uma_zone_t
1708 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1709                 int align, u_int32_t flags)
1710 {
1711         struct uma_kctor_args args;
1712
1713         args.size = size;
1714         args.uminit = uminit;
1715         args.fini = fini;
1716         args.align = align;
1717         args.flags = flags;
1718         args.zone = zone;
1719         return (uma_zalloc_internal(kegs, &args, M_WAITOK));
1720 }
1721
1722 /* See uma.h */
1723 uma_zone_t
1724 uma_zcreate(char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1725                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, u_int32_t flags)
1726
1727 {
1728         struct uma_zctor_args args;
1729
1730         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1731         args.name = name;
1732         args.size = size;
1733         args.ctor = ctor;
1734         args.dtor = dtor;
1735         args.uminit = uminit;
1736         args.fini = fini;
1737         args.align = align;
1738         args.flags = flags;
1739         args.keg = NULL;
1740
1741         return (uma_zalloc_internal(zones, &args, M_WAITOK));
1742 }
1743
1744 /* See uma.h */
1745 uma_zone_t
1746 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1747                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1748 {
1749         struct uma_zctor_args args;
1750
1751         args.name = name;
1752         args.size = master->uz_keg->uk_size;
1753         args.ctor = ctor;
1754         args.dtor = dtor;
1755         args.uminit = zinit;
1756         args.fini = zfini;
1757         args.align = master->uz_keg->uk_align;
1758         args.flags = master->uz_keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1759         args.keg = master->uz_keg;
1760
1761         return (uma_zalloc_internal(zones, &args, M_WAITOK));
1762 }
1763
1764 /* See uma.h */
1765 void
1766 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
1767 {
1768
1769         uma_zfree_internal(zones, zone, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
1770 }
1771
1772 /* See uma.h */
1773 void *
1774 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
1775 {
1776         void *item;
1777         uma_cache_t cache;
1778         uma_bucket_t bucket;
1779         int cpu;
1780         int badness;
1781
1782         /* This is the fast path allocation */
1783 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
1784         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
1785 #endif
1786         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
1787             zone->uz_name, flags);
1788
1789         if (!(flags & M_NOWAIT)) {
1790                 KASSERT(curthread->td_intr_nesting_level == 0,
1791                    ("malloc(M_WAITOK) in interrupt context"));
1792                 if (nosleepwithlocks) {
1793 #ifdef WITNESS
1794                         badness = WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK,
1795                             NULL,
1796                             "malloc(M_WAITOK) of \"%s\", forcing M_NOWAIT",
1797                             zone->uz_name);
1798 #else
1799                         badness = 1;
1800 #endif
1801                 } else {
1802                         badness = 0;
1803 #ifdef WITNESS
1804                         WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
1805                             "malloc(M_WAITOK) of \"%s\"", zone->uz_name);
1806 #endif
1807                 }
1808                 if (badness) {
1809                         flags &= ~M_WAITOK;
1810                         flags |= M_NOWAIT;
1811                 }
1812         }
1813
1814         /*
1815          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
1816          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
1817          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
1818          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
1819          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
1820          * preemption and migration.  We release the critical section in
1821          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
1822          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
1823          * must detect and handle migration if it has occurred.
1824          */
1825 zalloc_restart:
1826         critical_enter();
1827         cpu = curcpu;
1828         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1829
1830 zalloc_start:
1831         bucket = cache->uc_allocbucket;
1832
1833         if (bucket) {
1834                 if (bucket->ub_cnt > 0) {
1835                         bucket->ub_cnt--;
1836                         item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
1837 #ifdef INVARIANTS
1838                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
1839 #endif
1840                         KASSERT(item != NULL,
1841                             ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
1842                         cache->uc_allocs++;
1843                         critical_exit();
1844 #ifdef INVARIANTS
1845                         ZONE_LOCK(zone);
1846                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
1847                         ZONE_UNLOCK(zone);
1848 #endif
1849                         if (zone->uz_ctor != NULL) {
1850                                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_keg->uk_size,
1851                                     udata, flags) != 0) {
1852                                         uma_zfree_internal(zone, item, udata,
1853                                             SKIP_DTOR, ZFREE_STATFAIL |
1854                                             ZFREE_STATFREE);
1855                                         return (NULL);
1856                                 }
1857                         }
1858                         if (flags & M_ZERO)
1859                                 bzero(item, zone->uz_keg->uk_size);
1860                         return (item);
1861                 } else if (cache->uc_freebucket) {
1862                         /*
1863                          * We have run out of items in our allocbucket.
1864                          * See if we can switch with our free bucket.
1865                          */
1866                         if (cache->uc_freebucket->ub_cnt > 0) {
1867 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
1868                                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with"
1869                                     " alloc.\n");
1870 #endif
1871                                 bucket = cache->uc_freebucket;
1872                                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
1873                                 cache->uc_allocbucket = bucket;
1874
1875                                 goto zalloc_start;
1876                         }
1877                 }
1878         }
1879         /*
1880          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
1881          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
1882          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
1883          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
1884          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
1885          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
1886          * the critical section.
1887          */
1888         critical_exit();
1889         ZONE_LOCK(zone);
1890         critical_enter();
1891         cpu = curcpu;
1892         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1893         bucket = cache->uc_allocbucket;
1894         if (bucket != NULL) {
1895                 if (bucket->ub_cnt > 0) {
1896                         ZONE_UNLOCK(zone);
1897                         goto zalloc_start;
1898                 }
1899                 bucket = cache->uc_freebucket;
1900                 if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
1901                         ZONE_UNLOCK(zone);
1902                         goto zalloc_start;
1903                 }
1904         }
1905
1906         /* Since we have locked the zone we may as well send back our stats */
1907         zone->uz_allocs += cache->uc_allocs;
1908         cache->uc_allocs = 0;
1909         zone->uz_frees += cache->uc_frees;
1910         cache->uc_frees = 0;
1911
1912         /* Our old one is now a free bucket */
1913         if (cache->uc_allocbucket) {
1914                 KASSERT(cache->uc_allocbucket->ub_cnt == 0,
1915                     ("uma_zalloc_arg: Freeing a non free bucket."));
1916                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_free_bucket,
1917                     cache->uc_allocbucket, ub_link);
1918                 cache->uc_allocbucket = NULL;
1919         }
1920
1921         /* Check the free list for a new alloc bucket */
1922         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_full_bucket)) != NULL) {
1923                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
1924                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
1925
1926                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
1927                 cache->uc_allocbucket = bucket;
1928                 ZONE_UNLOCK(zone);
1929                 goto zalloc_start;
1930         }
1931         /* We are no longer associated with this CPU. */
1932         critical_exit();
1933
1934         /* Bump up our uz_count so we get here less */
1935         if (zone->uz_count < BUCKET_MAX)
1936                 zone->uz_count++;
1937
1938         /*
1939          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
1940          * works we'll restart the allocation from the begining.
1941          */
1942         if (uma_zalloc_bucket(zone, flags)) {
1943                 ZONE_UNLOCK(zone);
1944                 goto zalloc_restart;
1945         }
1946         ZONE_UNLOCK(zone);
1947         /*
1948          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
1949          */
1950 #ifdef UMA_DEBUG
1951         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
1952 #endif
1953
1954         return (uma_zalloc_internal(zone, udata, flags));
1955 }
1956
1957 static uma_slab_t
1958 uma_zone_slab(uma_zone_t zone, int flags)
1959 {
1960         uma_slab_t slab;
1961         uma_keg_t keg;
1962
1963         keg = zone->uz_keg;
1964
1965         /*
1966          * This is to prevent us from recursively trying to allocate
1967          * buckets.  The problem is that if an allocation forces us to
1968          * grab a new bucket we will call page_alloc, which will go off
1969          * and cause the vm to allocate vm_map_entries.  If we need new
1970          * buckets there too we will recurse in kmem_alloc and bad
1971          * things happen.  So instead we return a NULL bucket, and make
1972          * the code that allocates buckets smart enough to deal with it
1973          *
1974          * XXX: While we want this protection for the bucket zones so that
1975          * recursion from the VM is handled (and the calling code that
1976          * allocates buckets knows how to deal with it), we do not want
1977          * to prevent allocation from the slab header zones (slabzone
1978          * and slabrefzone) if uk_recurse is not zero for them.  The
1979          * reason is that it could lead to NULL being returned for
1980          * slab header allocations even in the M_WAITOK case, and the
1981          * caller can't handle that. 
1982          */
1983         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL && keg->uk_recurse != 0)
1984                 if ((zone != slabzone) && (zone != slabrefzone))
1985                         return (NULL);
1986
1987         slab = NULL;
1988
1989         for (;;) {
1990                 /*
1991                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
1992                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
1993                  * fragmentation.
1994                  */
1995                 if (keg->uk_free != 0) {
1996                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
1997                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
1998                         } else {
1999                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2000                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2001                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2002                                     us_link);
2003                         }
2004                         return (slab);
2005                 }
2006
2007                 /*
2008                  * M_NOVM means don't ask at all!
2009                  */
2010                 if (flags & M_NOVM)
2011                         break;
2012
2013                 if (keg->uk_maxpages &&
2014                     keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2015                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2016
2017                         if (flags & M_NOWAIT)
2018                                 break;
2019                         else
2020                                 msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM,
2021                                     "zonelimit", 0);
2022                         continue;
2023                 }
2024                 keg->uk_recurse++;
2025                 slab = slab_zalloc(zone, flags);
2026                 keg->uk_recurse--;
2027
2028                 /*
2029                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2030                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2031                  * at least one item.
2032                  */
2033                 if (slab) {
2034                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2035                         return (slab);
2036                 }
2037                 /*
2038                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2039                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2040                  * fail.
2041                  */
2042                 if (flags & M_NOWAIT)
2043                         flags |= M_NOVM;
2044         }
2045         return (slab);
2046 }
2047
2048 static void *
2049 uma_slab_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab)
2050 {
2051         uma_keg_t keg;
2052         uma_slabrefcnt_t slabref;
2053         void *item;
2054         u_int8_t freei;
2055
2056         keg = zone->uz_keg;
2057
2058         freei = slab->us_firstfree;
2059         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
2060                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
2061                 slab->us_firstfree = slabref->us_freelist[freei].us_item;
2062         } else {
2063                 slab->us_firstfree = slab->us_freelist[freei].us_item;
2064         }
2065         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2066
2067         slab->us_freecount--;
2068         keg->uk_free--;
2069 #ifdef INVARIANTS
2070         uma_dbg_alloc(zone, slab, item);
2071 #endif
2072         /* Move this slab to the full list */
2073         if (slab->us_freecount == 0) {
2074                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2075                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2076         }
2077
2078         return (item);
2079 }
2080
2081 static int
2082 uma_zalloc_bucket(uma_zone_t zone, int flags)
2083 {
2084         uma_bucket_t bucket;
2085         uma_slab_t slab;
2086         int16_t saved;
2087         int max, origflags = flags;
2088
2089         /*
2090          * Try this zone's free list first so we don't allocate extra buckets.
2091          */
2092         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
2093                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
2094                     ("uma_zalloc_bucket: Bucket on free list is not empty."));
2095                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2096         } else {
2097                 int bflags;
2098
2099                 bflags = (flags & ~M_ZERO);
2100                 if (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
2101                         bflags |= M_NOVM;
2102
2103                 ZONE_UNLOCK(zone);
2104                 bucket = bucket_alloc(zone->uz_count, bflags);
2105                 ZONE_LOCK(zone);
2106         }
2107
2108         if (bucket == NULL)
2109                 return (0);
2110
2111 #ifdef SMP
2112         /*
2113          * This code is here to limit the number of simultaneous bucket fills
2114          * for any given zone to the number of per cpu caches in this zone. This
2115          * is done so that we don't allocate more memory than we really need.
2116          */
2117         if (zone->uz_fills >= mp_ncpus)
2118                 goto done;
2119
2120 #endif
2121         zone->uz_fills++;
2122
2123         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2124         /* Try to keep the buckets totally full */
2125         saved = bucket->ub_cnt;
2126         while (bucket->ub_cnt < max &&
2127             (slab = uma_zone_slab(zone, flags)) != NULL) {
2128                 while (slab->us_freecount && bucket->ub_cnt < max) {
2129                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt++] =
2130                             uma_slab_alloc(zone, slab);
2131                 }
2132
2133                 /* Don't block on the next fill */
2134                 flags |= M_NOWAIT;
2135         }
2136
2137         /*
2138          * We unlock here because we need to call the zone's init.
2139          * It should be safe to unlock because the slab dealt with
2140          * above is already on the appropriate list within the keg
2141          * and the bucket we filled is not yet on any list, so we
2142          * own it.
2143          */
2144         if (zone->uz_init != NULL) {
2145                 int i;
2146
2147                 ZONE_UNLOCK(zone);
2148                 for (i = saved; i < bucket->ub_cnt; i++)
2149                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i],
2150                             zone->uz_keg->uk_size, origflags) != 0)
2151                                 break;
2152                 /*
2153                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2154                  * rest back onto the freelist.
2155                  */
2156                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2157                         int j;
2158
2159                         for (j = i; j < bucket->ub_cnt; j++) {
2160                                 uma_zfree_internal(zone, bucket->ub_bucket[j],
2161                                     NULL, SKIP_FINI, 0);
2162 #ifdef INVARIANTS
2163                                 bucket->ub_bucket[j] = NULL;
2164 #endif
2165                         }
2166                         bucket->ub_cnt = i;
2167                 }
2168                 ZONE_LOCK(zone);
2169         }
2170
2171         zone->uz_fills--;
2172         if (bucket->ub_cnt != 0) {
2173                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_full_bucket,
2174                     bucket, ub_link);
2175                 return (1);
2176         }
2177 #ifdef SMP
2178 done:
2179 #endif
2180         bucket_free(bucket);
2181
2182         return (0);
2183 }
2184 /*
2185  * Allocates an item for an internal zone
2186  *
2187  * Arguments
2188  *      zone   The zone to alloc for.
2189  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2190  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2191  *
2192  * Returns
2193  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2194  *      An item if successful
2195  */
2196
2197 static void *
2198 uma_zalloc_internal(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2199 {
2200         uma_keg_t keg;
2201         uma_slab_t slab;
2202         void *item;
2203
2204         item = NULL;
2205         keg = zone->uz_keg;
2206
2207 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2208         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2209 #endif
2210         ZONE_LOCK(zone);
2211
2212         slab = uma_zone_slab(zone, flags);
2213         if (slab == NULL) {
2214                 zone->uz_fails++;
2215                 ZONE_UNLOCK(zone);
2216                 return (NULL);
2217         }
2218
2219         item = uma_slab_alloc(zone, slab);
2220
2221         zone->uz_allocs++;
2222
2223         ZONE_UNLOCK(zone);
2224
2225         /*
2226          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2227          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2228          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2229          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2230          */
2231         if (zone->uz_init != NULL) {
2232                 if (zone->uz_init(item, keg->uk_size, flags) != 0) {
2233                         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_FINI,
2234                             ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2235                         return (NULL);
2236                 }
2237         }
2238         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2239                 if (zone->uz_ctor(item, keg->uk_size, udata, flags) != 0) {
2240                         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_DTOR,
2241                             ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2242                         return (NULL);
2243                 }
2244         }
2245         if (flags & M_ZERO)
2246                 bzero(item, keg->uk_size);
2247
2248         return (item);
2249 }
2250
2251 /* See uma.h */
2252 void
2253 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2254 {
2255         uma_keg_t keg;
2256         uma_cache_t cache;
2257         uma_bucket_t bucket;
2258         int bflags;
2259         int cpu;
2260
2261         keg = zone->uz_keg;
2262
2263 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2264         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2265 #endif
2266         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2267             zone->uz_name);
2268
2269         if (zone->uz_dtor)
2270                 zone->uz_dtor(item, keg->uk_size, udata);
2271 #ifdef INVARIANTS
2272         ZONE_LOCK(zone);
2273         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2274                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2275         else
2276                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2277         ZONE_UNLOCK(zone);
2278 #endif
2279         /*
2280          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2281          * a little longer for the limits to be reset.
2282          */
2283         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2284                 goto zfree_internal;
2285
2286         /*
2287          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2288          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2289          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2290          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2291          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2292          * preemption and migration.  We release the critical section in
2293          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2294          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2295          * detect and handle migration if it has occurred.
2296          */
2297 zfree_restart:
2298         critical_enter();
2299         cpu = curcpu;
2300         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2301
2302 zfree_start:
2303         bucket = cache->uc_freebucket;
2304
2305         if (bucket) {
2306                 /*
2307                  * Do we have room in our bucket? It is OK for this uz count
2308                  * check to be slightly out of sync.
2309                  */
2310
2311                 if (bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2312                         KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2313                             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2314                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2315                         bucket->ub_cnt++;
2316                         cache->uc_frees++;
2317                         critical_exit();
2318                         return;
2319                 } else if (cache->uc_allocbucket) {
2320 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2321                         printf("uma_zfree: Swapping buckets.\n");
2322 #endif
2323                         /*
2324                          * We have run out of space in our freebucket.
2325                          * See if we can switch with our alloc bucket.
2326                          */
2327                         if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt <
2328                             cache->uc_freebucket->ub_cnt) {
2329                                 bucket = cache->uc_freebucket;
2330                                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2331                                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2332                                 goto zfree_start;
2333                         }
2334                 }
2335         }
2336         /*
2337          * We can get here for two reasons:
2338          *
2339          * 1) The buckets are NULL
2340          * 2) The alloc and free buckets are both somewhat full.
2341          *
2342          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2343          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2344          * section.  Since the critical section is released, we may be
2345          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2346          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2347          * the critical section.
2348          */
2349         critical_exit();
2350         ZONE_LOCK(zone);
2351         critical_enter();
2352         cpu = curcpu;
2353         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2354         if (cache->uc_freebucket != NULL) {
2355                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt <
2356                     cache->uc_freebucket->ub_entries) {
2357                         ZONE_UNLOCK(zone);
2358                         goto zfree_start;
2359                 }
2360                 if (cache->uc_allocbucket != NULL &&
2361                     (cache->uc_allocbucket->ub_cnt <
2362                     cache->uc_freebucket->ub_cnt)) {
2363                         ZONE_UNLOCK(zone);
2364                         goto zfree_start;
2365                 }
2366         }
2367
2368         /* Since we have locked the zone we may as well send back our stats */
2369         zone->uz_allocs += cache->uc_allocs;
2370         cache->uc_allocs = 0;
2371         zone->uz_frees += cache->uc_frees;
2372         cache->uc_frees = 0;
2373
2374         bucket = cache->uc_freebucket;
2375         cache->uc_freebucket = NULL;
2376
2377         /* Can we throw this on the zone full list? */
2378         if (bucket != NULL) {
2379 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2380                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2381 #endif
2382                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2383                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2384                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2385                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_full_bucket,
2386                     bucket, ub_link);
2387         }
2388         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
2389                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2390                 ZONE_UNLOCK(zone);
2391                 cache->uc_freebucket = bucket;
2392                 goto zfree_start;
2393         }
2394         /* We are no longer associated with this CPU. */
2395         critical_exit();
2396
2397         /* And the zone.. */
2398         ZONE_UNLOCK(zone);
2399
2400 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2401         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2402 #endif
2403         bflags = M_NOWAIT;
2404
2405         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
2406                 bflags |= M_NOVM;
2407         bucket = bucket_alloc(zone->uz_count, bflags);
2408         if (bucket) {
2409                 ZONE_LOCK(zone);
2410                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_free_bucket,
2411                     bucket, ub_link);
2412                 ZONE_UNLOCK(zone);
2413                 goto zfree_restart;
2414         }
2415
2416         /*
2417          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2418          */
2419 zfree_internal:
2420         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_DTOR, ZFREE_STATFAIL |
2421             ZFREE_STATFREE);
2422
2423         return;
2424 }
2425
2426 /*
2427  * Frees an item to an INTERNAL zone or allocates a free bucket
2428  *
2429  * Arguments:
2430  *      zone   The zone to free to
2431  *      item   The item we're freeing
2432  *      udata  User supplied data for the dtor
2433  *      skip   Skip dtors and finis
2434  */
2435 static void
2436 uma_zfree_internal(uma_zone_t zone, void *item, void *udata,
2437     enum zfreeskip skip, int flags)
2438 {
2439         uma_slab_t slab;
2440         uma_slabrefcnt_t slabref;
2441         uma_keg_t keg;
2442         u_int8_t *mem;
2443         u_int8_t freei;
2444
2445         keg = zone->uz_keg;
2446
2447         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2448                 zone->uz_dtor(item, keg->uk_size, udata);
2449         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2450                 zone->uz_fini(item, keg->uk_size);
2451
2452         ZONE_LOCK(zone);
2453
2454         if (flags & ZFREE_STATFAIL)
2455                 zone->uz_fails++;
2456         if (flags & ZFREE_STATFREE)
2457                 zone->uz_frees++;
2458
2459         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)) {
2460                 mem = (u_int8_t *)((unsigned long)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2461                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
2462                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2463                 else {
2464                         mem += keg->uk_pgoff;
2465                         slab = (uma_slab_t)mem;
2466                 }
2467         } else {
2468                 slab = (uma_slab_t)udata;
2469         }
2470
2471         /* Do we need to remove from any lists? */
2472         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2473                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2474                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2475         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2476                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2477                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2478         }
2479
2480         /* Slab management stuff */
2481         freei = ((unsigned long)item - (unsigned long)slab->us_data)
2482                 / keg->uk_rsize;
2483
2484 #ifdef INVARIANTS
2485         if (!skip)
2486                 uma_dbg_free(zone, slab, item);
2487 #endif
2488
2489         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
2490                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
2491                 slabref->us_freelist[freei].us_item = slab->us_firstfree;
2492         } else {
2493                 slab->us_freelist[freei].us_item = slab->us_firstfree;
2494         }
2495         slab->us_firstfree = freei;
2496         slab->us_freecount++;
2497
2498         /* Zone statistics */
2499         keg->uk_free++;
2500
2501         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2502                 if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages)
2503                         keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2504
2505                 /* We can handle one more allocation */
2506                 wakeup_one(keg);
2507         }
2508
2509         ZONE_UNLOCK(zone);
2510 }
2511
2512 /* See uma.h */
2513 void
2514 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2515 {
2516         uma_keg_t keg;
2517
2518         keg = zone->uz_keg;
2519         ZONE_LOCK(zone);
2520         if (keg->uk_ppera > 1)
2521                 keg->uk_maxpages = nitems * keg->uk_ppera;
2522         else
2523                 keg->uk_maxpages = nitems / keg->uk_ipers;
2524
2525         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2526                 keg->uk_maxpages++;
2527
2528         ZONE_UNLOCK(zone);
2529 }
2530
2531 /* See uma.h */
2532 void
2533 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2534 {
2535         ZONE_LOCK(zone);
2536         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2537             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
2538         zone->uz_keg->uk_init = uminit;
2539         ZONE_UNLOCK(zone);
2540 }
2541
2542 /* See uma.h */
2543 void
2544 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
2545 {
2546         ZONE_LOCK(zone);
2547         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2548             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
2549         zone->uz_keg->uk_fini = fini;
2550         ZONE_UNLOCK(zone);
2551 }
2552
2553 /* See uma.h */
2554 void
2555 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
2556 {
2557         ZONE_LOCK(zone);
2558         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2559             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
2560         zone->uz_init = zinit;
2561         ZONE_UNLOCK(zone);
2562 }
2563
2564 /* See uma.h */
2565 void
2566 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
2567 {
2568         ZONE_LOCK(zone);
2569         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2570             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
2571         zone->uz_fini = zfini;
2572         ZONE_UNLOCK(zone);
2573 }
2574
2575 /* See uma.h */
2576 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
2577 void
2578 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
2579 {
2580         ZONE_LOCK(zone);
2581         zone->uz_keg->uk_freef = freef;
2582         ZONE_UNLOCK(zone);
2583 }
2584
2585 /* See uma.h */
2586 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
2587 void
2588 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
2589 {
2590         ZONE_LOCK(zone);
2591         zone->uz_keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_PRIVALLOC;
2592         zone->uz_keg->uk_allocf = allocf;
2593         ZONE_UNLOCK(zone);
2594 }
2595
2596 /* See uma.h */
2597 int
2598 uma_zone_set_obj(uma_zone_t zone, struct vm_object *obj, int count)
2599 {
2600         uma_keg_t keg;
2601         vm_offset_t kva;
2602         int pages;
2603
2604         keg = zone->uz_keg;
2605         pages = count / keg->uk_ipers;
2606
2607         if (pages * keg->uk_ipers < count)
2608                 pages++;
2609
2610         kva = kmem_alloc_nofault(kernel_map, pages * UMA_SLAB_SIZE);
2611
2612         if (kva == 0)
2613                 return (0);
2614         if (obj == NULL) {
2615                 obj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT,
2616                     pages);
2617         } else {
2618                 VM_OBJECT_LOCK_INIT(obj, "uma object");
2619                 _vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT,
2620                     pages, obj);
2621         }
2622         ZONE_LOCK(zone);
2623         keg->uk_kva = kva;
2624         keg->uk_obj = obj;
2625         keg->uk_maxpages = pages;
2626         keg->uk_allocf = obj_alloc;
2627         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZFLAG_PRIVALLOC;
2628         ZONE_UNLOCK(zone);
2629         return (1);
2630 }
2631
2632 /* See uma.h */
2633 void
2634 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
2635 {
2636         int slabs;
2637         uma_slab_t slab;
2638         uma_keg_t keg;
2639
2640         keg = zone->uz_keg;
2641         ZONE_LOCK(zone);
2642         slabs = items / keg->uk_ipers;
2643         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
2644                 slabs++;
2645         while (slabs > 0) {
2646                 slab = slab_zalloc(zone, M_WAITOK);
2647                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2648                 slabs--;
2649         }
2650         ZONE_UNLOCK(zone);
2651 }
2652
2653 /* See uma.h */
2654 u_int32_t *
2655 uma_find_refcnt(uma_zone_t zone, void *item)
2656 {
2657         uma_slabrefcnt_t slabref;
2658         uma_keg_t keg;
2659         u_int32_t *refcnt;
2660         int idx;
2661
2662         keg = zone->uz_keg;
2663         slabref = (uma_slabrefcnt_t)vtoslab((vm_offset_t)item &
2664             (~UMA_SLAB_MASK));
2665         KASSERT(slabref != NULL && slabref->us_keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT,
2666             ("uma_find_refcnt(): zone possibly not UMA_ZONE_REFCNT"));
2667         idx = ((unsigned long)item - (unsigned long)slabref->us_data)
2668             / keg->uk_rsize;
2669         refcnt = &slabref->us_freelist[idx].us_refcnt;
2670         return refcnt;
2671 }
2672
2673 /* See uma.h */
2674 void
2675 uma_reclaim(void)
2676 {
2677 #ifdef UMA_DEBUG
2678         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
2679 #endif
2680         bucket_enable();
2681         zone_foreach(zone_drain);
2682         /*
2683          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
2684          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
2685          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
2686          */
2687         zone_drain(slabzone);
2688         zone_drain(slabrefzone);
2689         bucket_zone_drain();
2690 }
2691
2692 void *
2693 uma_large_malloc(int size, int wait)
2694 {
2695         void *mem;
2696         uma_slab_t slab;
2697         u_int8_t flags;
2698
2699         slab = uma_zalloc_internal(slabzone, NULL, wait);
2700         if (slab == NULL)
2701                 return (NULL);
2702         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
2703         if (mem) {
2704                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
2705                 slab->us_data = mem;
2706                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
2707                 slab->us_size = size;
2708         } else {
2709                 uma_zfree_internal(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE,
2710                     ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2711         }
2712
2713         return (mem);
2714 }
2715
2716 void
2717 uma_large_free(uma_slab_t slab)
2718 {
2719         vsetobj((vm_offset_t)slab->us_data, kmem_object);
2720         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
2721         uma_zfree_internal(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
2722 }
2723
2724 void
2725 uma_print_stats(void)
2726 {
2727         zone_foreach(uma_print_zone);
2728 }
2729
2730 static void
2731 slab_print(uma_slab_t slab)
2732 {
2733         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d, firstfree %d\n",
2734                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount,
2735                 slab->us_firstfree);
2736 }
2737
2738 static void
2739 cache_print(uma_cache_t cache)
2740 {
2741         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
2742                 cache->uc_allocbucket,
2743                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
2744                 cache->uc_freebucket,
2745                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
2746 }
2747
2748 void
2749 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
2750 {
2751         uma_cache_t cache;
2752         uma_keg_t keg;
2753         uma_slab_t slab;
2754         int i;
2755
2756         keg = zone->uz_keg;
2757         printf("%s(%p) size %d(%d) flags %d ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
2758             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
2759             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
2760             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
2761         printf("Part slabs:\n");
2762         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
2763                 slab_print(slab);
2764         printf("Free slabs:\n");
2765         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
2766                 slab_print(slab);
2767         printf("Full slabs:\n");
2768         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
2769                 slab_print(slab);
2770         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2771                 if (CPU_ABSENT(i))
2772                         continue;
2773                 cache = &zone->uz_cpu[i];
2774                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
2775                 cache_print(cache);
2776         }
2777 }
2778
2779 /*
2780  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
2781  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
2782  *
2783  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
2784  * per-CPU cache statistic.
2785  *
2786  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
2787  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
2788  * directly so that we don't have to.
2789  */
2790 static void
2791 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, u_int64_t *allocsp,
2792     u_int64_t *freesp)
2793 {
2794         uma_cache_t cache;
2795         u_int64_t allocs, frees;
2796         int cachefree, cpu;
2797
2798         allocs = frees = 0;
2799         cachefree = 0;
2800         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
2801                 if (CPU_ABSENT(cpu))
2802                         continue;
2803                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
2804                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
2805                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
2806                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
2807                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
2808                 allocs += cache->uc_allocs;
2809                 frees += cache->uc_frees;
2810         }
2811         allocs += z->uz_allocs;
2812         frees += z->uz_frees;
2813         if (cachefreep != NULL)
2814                 *cachefreep = cachefree;
2815         if (allocsp != NULL)
2816                 *allocsp = allocs;
2817         if (freesp != NULL)
2818                 *freesp = frees;
2819 }
2820
2821 /*
2822  * Sysctl handler for vm.zone
2823  *
2824  * stolen from vm_zone.c
2825  */
2826 static int
2827 sysctl_vm_zone(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2828 {
2829         int error, len, cnt;
2830         const int linesize = 128;       /* conservative */
2831         int totalfree;
2832         char *tmpbuf, *offset;
2833         uma_zone_t z;
2834         uma_keg_t zk;
2835         char *p;
2836         int cachefree;
2837         uma_bucket_t bucket;
2838         u_int64_t allocs, frees;
2839
2840         cnt = 0;
2841         mtx_lock(&uma_mtx);
2842         LIST_FOREACH(zk, &uma_kegs, uk_link) {
2843                 LIST_FOREACH(z, &zk->uk_zones, uz_link)
2844                         cnt++;
2845         }
2846         mtx_unlock(&uma_mtx);
2847         MALLOC(tmpbuf, char *, (cnt == 0 ? 1 : cnt) * linesize,
2848                         M_TEMP, M_WAITOK);
2849         len = snprintf(tmpbuf, linesize,
2850             "\nITEM            SIZE     LIMIT     USED    FREE  REQUESTS\n\n");
2851         if (cnt == 0)
2852                 tmpbuf[len - 1] = '\0';
2853         error = SYSCTL_OUT(req, tmpbuf, cnt == 0 ? len-1 : len);
2854         if (error || cnt == 0)
2855                 goto out;
2856         offset = tmpbuf;
2857         mtx_lock(&uma_mtx);
2858         LIST_FOREACH(zk, &uma_kegs, uk_link) {
2859           LIST_FOREACH(z, &zk->uk_zones, uz_link) {
2860                 if (cnt == 0)   /* list may have changed size */
2861                         break;
2862                 ZONE_LOCK(z);
2863                 cachefree = 0;
2864                 if (!(zk->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)) {
2865                         uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees);
2866                 } else {
2867                         allocs = z->uz_allocs;
2868                         frees = z->uz_frees;
2869                 }
2870
2871                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_full_bucket, ub_link) {
2872                         cachefree += bucket->ub_cnt;
2873                 }
2874                 totalfree = zk->uk_free + cachefree;
2875                 len = snprintf(offset, linesize,
2876                     "%-12.12s  %6.6u, %8.8u, %6.6u, %6.6u, %8.8llu\n",
2877                     z->uz_name, zk->uk_size,
2878                     zk->uk_maxpages * zk->uk_ipers,
2879                     (zk->uk_ipers * (zk->uk_pages / zk->uk_ppera)) - totalfree,
2880                     totalfree,
2881                     (unsigned long long)allocs);
2882                 ZONE_UNLOCK(z);
2883                 for (p = offset + 12; p > offset && *p == ' '; --p)
2884                         /* nothing */ ;
2885                 p[1] = ':';
2886                 cnt--;
2887                 offset += len;
2888           }
2889         }
2890         mtx_unlock(&uma_mtx);
2891         *offset++ = '\0';
2892         error = SYSCTL_OUT(req, tmpbuf, offset - tmpbuf);
2893 out:
2894         FREE(tmpbuf, M_TEMP);
2895         return (error);
2896 }
2897
2898 static int
2899 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2900 {
2901         uma_keg_t kz;
2902         uma_zone_t z;
2903         int count;
2904
2905         count = 0;
2906         mtx_lock(&uma_mtx);
2907         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2908                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2909                         count++;
2910         }
2911         mtx_unlock(&uma_mtx);
2912         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
2913 }
2914
2915 static int
2916 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2917 {
2918         struct uma_stream_header ush;
2919         struct uma_type_header uth;
2920         struct uma_percpu_stat ups;
2921         uma_bucket_t bucket;
2922         struct sbuf sbuf;
2923         uma_cache_t cache;
2924         uma_keg_t kz;
2925         uma_zone_t z;
2926         char *buffer;
2927         int buflen, count, error, i;
2928
2929         mtx_lock(&uma_mtx);
2930 restart:
2931         mtx_assert(&uma_mtx, MA_OWNED);
2932         count = 0;
2933         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2934                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2935                         count++;
2936         }
2937         mtx_unlock(&uma_mtx);
2938
2939         buflen = sizeof(ush) + count * (sizeof(uth) + sizeof(ups) *
2940             (mp_maxid + 1)) + 1;
2941         buffer = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2942
2943         mtx_lock(&uma_mtx);
2944         i = 0;
2945         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2946                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2947                         i++;
2948         }
2949         if (i > count) {
2950                 free(buffer, M_TEMP);
2951                 goto restart;
2952         }
2953         count =  i;
2954
2955         sbuf_new(&sbuf, buffer, buflen, SBUF_FIXEDLEN);
2956
2957         /*
2958          * Insert stream header.
2959          */
2960         bzero(&ush, sizeof(ush));
2961         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
2962         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
2963         ush.ush_count = count;
2964         if (sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush)) < 0) {
2965                 mtx_unlock(&uma_mtx);
2966                 error = ENOMEM;
2967                 goto out;
2968         }
2969
2970         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2971                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
2972                         bzero(&uth, sizeof(uth));
2973                         ZONE_LOCK(z);
2974                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
2975                         uth.uth_align = kz->uk_align;
2976                         uth.uth_pages = kz->uk_pages;
2977                         uth.uth_keg_free = kz->uk_free;
2978                         uth.uth_size = kz->uk_size;
2979                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
2980                         uth.uth_maxpages = kz->uk_maxpages;
2981                         if (kz->uk_ppera > 1)
2982                                 uth.uth_limit = kz->uk_maxpages /
2983                                     kz->uk_ppera;
2984                         else
2985                                 uth.uth_limit = kz->uk_maxpages *
2986                                     kz->uk_ipers;
2987
2988                         /*
2989                          * A zone is secondary is it is not the first entry
2990                          * on the keg's zone list.
2991                          */
2992                         if ((kz->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
2993                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
2994                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
2995
2996                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_full_bucket, ub_link)
2997                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
2998                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
2999                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3000                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3001                         if (sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth)) < 0) {
3002                                 ZONE_UNLOCK(z);
3003                                 mtx_unlock(&uma_mtx);
3004                                 error = ENOMEM;
3005                                 goto out;
3006                         }
3007                         /*
3008                          * While it is not normally safe to access the cache
3009                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3010                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3011                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3012                          * accept the possible race associated with bucket
3013                          * exchange during monitoring.
3014                          */
3015                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3016                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3017                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3018                                         goto skip;
3019                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3020                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3021                                         ups.ups_cache_free +=
3022                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3023                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3024                                         ups.ups_cache_free +=
3025                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3026                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3027                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3028 skip:
3029                                 if (sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups)) < 0) {
3030                                         ZONE_UNLOCK(z);
3031                                         mtx_unlock(&uma_mtx);
3032                                         error = ENOMEM;
3033                                         goto out;
3034                                 }
3035                         }
3036                         ZONE_UNLOCK(z);
3037                 }
3038         }
3039         mtx_unlock(&uma_mtx);
3040         sbuf_finish(&sbuf);
3041         error = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(&sbuf), sbuf_len(&sbuf));
3042 out:
3043         free(buffer, M_TEMP);
3044         return (error);
3045 }
3046
3047 #ifdef DDB
3048 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3049 {
3050         u_int64_t allocs, frees;
3051         uma_bucket_t bucket;
3052         uma_keg_t kz;
3053         uma_zone_t z;
3054         int cachefree;
3055
3056         db_printf("%18s %12s %12s %12s %8s\n", "Zone", "Allocs", "Frees",
3057             "Used", "Cache");
3058         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3059                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3060                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3061                                 allocs = z->uz_allocs;
3062                                 frees = z->uz_frees;
3063                                 cachefree = 0;
3064                         } else
3065                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3066                                     &frees);
3067                         if (!((kz->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3068                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3069                                 cachefree += kz->uk_free;
3070                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_full_bucket, ub_link)
3071                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3072                         db_printf("%18s %12ju %12ju %12ju %8d\n", z->uz_name,
3073                             allocs, frees, allocs - frees, cachefree);
3074                 }
3075         }
3076 }
3077 #endif