]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
This commit was generated by cvs2svn to compensate for changes in r170263,
[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) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * 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 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
115 static int uma_align_cache = 16 - 1;
116
117 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
118
119 /*
120  * Are we allowed to allocate buckets?
121  */
122 static int bucketdisable = 1;
123
124 /* Linked list of all kegs in the system */
125 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(&uma_kegs);
126
127 /* This mutex protects the keg list */
128 static struct mtx uma_mtx;
129
130 /* Linked list of boot time pages */
131 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
132     LIST_HEAD_INITIALIZER(&uma_boot_pages);
133
134 /* This mutex protects the boot time pages list */
135 static struct mtx uma_boot_pages_mtx;
136
137 /* Is the VM done starting up? */
138 static int booted = 0;
139
140 /* Maximum number of allowed items-per-slab if the slab header is OFFPAGE */
141 static u_int uma_max_ipers;
142 static u_int uma_max_ipers_ref;
143
144 /*
145  * This is the handle used to schedule events that need to happen
146  * outside of the allocation fast path.
147  */
148 static struct callout uma_callout;
149 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
150
151 /*
152  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
153  * a special allocation function just for zones.
154  */
155 struct uma_zctor_args {
156         char *name;
157         size_t size;
158         uma_ctor ctor;
159         uma_dtor dtor;
160         uma_init uminit;
161         uma_fini fini;
162         uma_keg_t keg;
163         int align;
164         u_int32_t flags;
165 };
166
167 struct uma_kctor_args {
168         uma_zone_t zone;
169         size_t size;
170         uma_init uminit;
171         uma_fini fini;
172         int align;
173         u_int32_t flags;
174 };
175
176 struct uma_bucket_zone {
177         uma_zone_t      ubz_zone;
178         char            *ubz_name;
179         int             ubz_entries;
180 };
181
182 #define BUCKET_MAX      128
183
184 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
185         { NULL, "16 Bucket", 16 },
186         { NULL, "32 Bucket", 32 },
187         { NULL, "64 Bucket", 64 },
188         { NULL, "128 Bucket", 128 },
189         { NULL, NULL, 0}
190 };
191
192 #define BUCKET_SHIFT    4
193 #define BUCKET_ZONES    ((BUCKET_MAX >> BUCKET_SHIFT) + 1)
194
195 /*
196  * bucket_size[] maps requested bucket sizes to zones that allocate a bucket
197  * of approximately the right size.
198  */
199 static uint8_t bucket_size[BUCKET_ZONES];
200
201 /*
202  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
203  */
204 enum zfreeskip { SKIP_NONE, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
205
206 #define ZFREE_STATFAIL  0x00000001      /* Update zone failure statistic. */
207 #define ZFREE_STATFREE  0x00000002      /* Update zone free statistic. */
208
209 /* Prototypes.. */
210
211 static void *obj_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
212 static void *page_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
213 static void *startup_alloc(uma_zone_t, int, u_int8_t *, int);
214 static void page_free(void *, int, u_int8_t);
215 static uma_slab_t slab_zalloc(uma_zone_t, int);
216 static void cache_drain(uma_zone_t);
217 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
218 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
219 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
220 static void keg_dtor(void *, int, void *);
221 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
222 static void zone_dtor(void *, int, void *);
223 static int zero_init(void *, int, int);
224 static void zone_small_init(uma_zone_t zone);
225 static void zone_large_init(uma_zone_t zone);
226 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
227 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
228 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
229 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
230 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
231 static void uma_timeout(void *);
232 static void uma_startup3(void);
233 static void *uma_zalloc_internal(uma_zone_t, void *, int);
234 static void uma_zfree_internal(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip,
235     int);
236 static void bucket_enable(void);
237 static void bucket_init(void);
238 static uma_bucket_t bucket_alloc(int, int);
239 static void bucket_free(uma_bucket_t);
240 static void bucket_zone_drain(void);
241 static int uma_zalloc_bucket(uma_zone_t zone, int flags);
242 static uma_slab_t uma_zone_slab(uma_zone_t zone, int flags);
243 static void *uma_slab_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab);
244 static uma_zone_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
245     uma_fini fini, int align, u_int32_t flags);
246
247 void uma_print_zone(uma_zone_t);
248 void uma_print_stats(void);
249 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
250 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
251
252 #ifdef WITNESS
253 static int nosleepwithlocks = 1;
254 #else
255 static int nosleepwithlocks = 0;
256 #endif
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 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
260
261 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
262     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
263
264 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
265     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
266
267 /*
268  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
269  */
270
271 static void
272 bucket_enable(void)
273 {
274         if (cnt.v_free_count < cnt.v_free_min)
275                 bucketdisable = 1;
276         else
277                 bucketdisable = 0;
278 }
279
280 /*
281  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
282  *
283  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
284  * of the header and an array of pointers.  Initialize bucket_size[] to point
285  * the range of appropriate bucket sizes at the zone.
286  */
287 static void
288 bucket_init(void)
289 {
290         struct uma_bucket_zone *ubz;
291         int i;
292         int j;
293
294         for (i = 0, j = 0; bucket_zones[j].ubz_entries != 0; j++) {
295                 int size;
296
297                 ubz = &bucket_zones[j];
298                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
299                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
300                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
301                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
302                 for (; i <= ubz->ubz_entries; i += (1 << BUCKET_SHIFT))
303                         bucket_size[i >> BUCKET_SHIFT] = j;
304         }
305 }
306
307 /*
308  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
309  * to allocate the bucket.
310  */
311 static struct uma_bucket_zone *
312 bucket_zone_lookup(int entries)
313 {
314         int idx;
315
316         idx = howmany(entries, 1 << BUCKET_SHIFT);
317         return (&bucket_zones[bucket_size[idx]]);
318 }
319
320 static uma_bucket_t
321 bucket_alloc(int entries, int bflags)
322 {
323         struct uma_bucket_zone *ubz;
324         uma_bucket_t bucket;
325
326         /*
327          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
328          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
329          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
330          * low memory situations.
331          */
332         if (bucketdisable)
333                 return (NULL);
334
335         ubz = bucket_zone_lookup(entries);
336         bucket = uma_zalloc_internal(ubz->ubz_zone, NULL, bflags);
337         if (bucket) {
338 #ifdef INVARIANTS
339                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
340 #endif
341                 bucket->ub_cnt = 0;
342                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
343         }
344
345         return (bucket);
346 }
347
348 static void
349 bucket_free(uma_bucket_t bucket)
350 {
351         struct uma_bucket_zone *ubz;
352
353         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
354         uma_zfree_internal(ubz->ubz_zone, bucket, NULL, SKIP_NONE,
355             ZFREE_STATFREE);
356 }
357
358 static void
359 bucket_zone_drain(void)
360 {
361         struct uma_bucket_zone *ubz;
362
363         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
364                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
365 }
366
367
368 /*
369  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
370  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
371  *
372  * Arguments:
373  *      arg   Unused
374  *
375  * Returns:
376  *      Nothing
377  */
378 static void
379 uma_timeout(void *unused)
380 {
381         bucket_enable();
382         zone_foreach(zone_timeout);
383
384         /* Reschedule this event */
385         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
386 }
387
388 /*
389  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
390  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
391  *
392  *  Arguments:
393  *      zone  The zone to operate on
394  *
395  *  Returns:
396  *      Nothing
397  */
398 static void
399 zone_timeout(uma_zone_t zone)
400 {
401         uma_keg_t keg;
402         u_int64_t alloc;
403
404         keg = zone->uz_keg;
405         alloc = 0;
406
407         /*
408          * Expand the zone hash table.
409          *
410          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
411          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
412          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
413          */
414         ZONE_LOCK(zone);
415         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
416             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
417                 struct uma_hash newhash;
418                 struct uma_hash oldhash;
419                 int ret;
420
421                 /*
422                  * This is so involved because allocating and freeing
423                  * while the zone lock is held will lead to deadlock.
424                  * I have to do everything in stages and check for
425                  * races.
426                  */
427                 newhash = keg->uk_hash;
428                 ZONE_UNLOCK(zone);
429                 ret = hash_alloc(&newhash);
430                 ZONE_LOCK(zone);
431                 if (ret) {
432                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
433                                 oldhash = keg->uk_hash;
434                                 keg->uk_hash = newhash;
435                         } else
436                                 oldhash = newhash;
437
438                         ZONE_UNLOCK(zone);
439                         hash_free(&oldhash);
440                         ZONE_LOCK(zone);
441                 }
442         }
443         ZONE_UNLOCK(zone);
444 }
445
446 /*
447  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
448  * backing store.
449  *
450  * Arguments:
451  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
452  *
453  * Returns:
454  *      1 on sucess and 0 on failure.
455  */
456 static int
457 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
458 {
459         int oldsize;
460         int alloc;
461
462         oldsize = hash->uh_hashsize;
463
464         /* We're just going to go to a power of two greater */
465         if (oldsize)  {
466                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
467                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
468                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
469                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
470         } else {
471                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
472                 hash->uh_slab_hash = uma_zalloc_internal(hashzone, NULL,
473                     M_WAITOK);
474                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
475         }
476         if (hash->uh_slab_hash) {
477                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
478                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
479                 return (1);
480         }
481
482         return (0);
483 }
484
485 /*
486  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
487  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
488  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
489  *
490  * Arguments:
491  *      oldhash  The hash you want to expand
492  *      newhash  The hash structure for the new table
493  *
494  * Returns:
495  *      Nothing
496  *
497  * Discussion:
498  */
499 static int
500 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
501 {
502         uma_slab_t slab;
503         int hval;
504         int i;
505
506         if (!newhash->uh_slab_hash)
507                 return (0);
508
509         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
510                 return (0);
511
512         /*
513          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
514          * full rehash.
515          */
516
517         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
518                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
519                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
520                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
521                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
522                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
523                             slab, us_hlink);
524                 }
525
526         return (1);
527 }
528
529 /*
530  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
531  *
532  * Arguments:
533  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
534  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
535  *
536  * Returns:
537  *      Nothing
538  */
539 static void
540 hash_free(struct uma_hash *hash)
541 {
542         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
543                 return;
544         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
545                 uma_zfree_internal(hashzone,
546                     hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
547         else
548                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
549 }
550
551 /*
552  * Frees all outstanding items in a bucket
553  *
554  * Arguments:
555  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
556  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
557  *
558  * Returns:
559  *      Nothing
560  */
561
562 static void
563 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
564 {
565         uma_slab_t slab;
566         int mzone;
567         void *item;
568
569         if (bucket == NULL)
570                 return;
571
572         slab = NULL;
573         mzone = 0;
574
575         /* We have to lookup the slab again for malloc.. */
576         if (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
577                 mzone = 1;
578
579         while (bucket->ub_cnt > 0)  {
580                 bucket->ub_cnt--;
581                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
582 #ifdef INVARIANTS
583                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
584                 KASSERT(item != NULL,
585                     ("bucket_drain: botched ptr, item is NULL"));
586 #endif
587                 /*
588                  * This is extremely inefficient.  The slab pointer was passed
589                  * to uma_zfree_arg, but we lost it because the buckets don't
590                  * hold them.  This will go away when free() gets a size passed
591                  * to it.
592                  */
593                 if (mzone)
594                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
595                 uma_zfree_internal(zone, item, slab, SKIP_DTOR, 0);
596         }
597 }
598
599 /*
600  * Drains the per cpu caches for a zone.
601  *
602  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
603  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
604  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
605  *
606  * Arguments:
607  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
608  *
609  * Returns:
610  *      Nothing
611  */
612 static void
613 cache_drain(uma_zone_t zone)
614 {
615         uma_cache_t cache;
616         int cpu;
617
618         /*
619          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
620          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
621          * of the caches at this point.
622          *
623          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
624          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
625          *
626          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
627          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
628          * there in some form?
629          */
630         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
631                 if (CPU_ABSENT(cpu))
632                         continue;
633                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
634                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
635                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
636                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
637                         bucket_free(cache->uc_allocbucket);
638                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
639                         bucket_free(cache->uc_freebucket);
640                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
641         }
642         ZONE_LOCK(zone);
643         bucket_cache_drain(zone);
644         ZONE_UNLOCK(zone);
645 }
646
647 /*
648  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
649  */
650 static void
651 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
652 {
653         uma_bucket_t bucket;
654
655         /*
656          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
657          * cpu (alloc/free).
658          */
659         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_full_bucket)) != NULL) {
660                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
661                 ZONE_UNLOCK(zone);
662                 bucket_drain(zone, bucket);
663                 bucket_free(bucket);
664                 ZONE_LOCK(zone);
665         }
666
667         /* Now we do the free queue.. */
668         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
669                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
670                 bucket_free(bucket);
671         }
672 }
673
674 /*
675  * Frees pages from a zone back to the system.  This is done on demand from
676  * the pageout daemon.
677  *
678  * Arguments:
679  *      zone  The zone to free pages from
680  *       all  Should we drain all items?
681  *
682  * Returns:
683  *      Nothing.
684  */
685 void
686 zone_drain(uma_zone_t zone)
687 {
688         struct slabhead freeslabs = { 0 };
689         uma_keg_t keg;
690         uma_slab_t slab;
691         uma_slab_t n;
692         u_int8_t flags;
693         u_int8_t *mem;
694         int i;
695
696         keg = zone->uz_keg;
697
698         /*
699          * We don't want to take pages from statically allocated zones at this
700          * time
701          */
702         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
703                 return;
704
705         ZONE_LOCK(zone);
706
707 #ifdef UMA_DEBUG
708         printf("%s free items: %u\n", zone->uz_name, keg->uk_free);
709 #endif
710         bucket_cache_drain(zone);
711         if (keg->uk_free == 0)
712                 goto finished;
713
714         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
715         while (slab) {
716                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
717
718                 /* We have no where to free these to */
719                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
720                         slab = n;
721                         continue;
722                 }
723
724                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
725                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
726                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
727
728                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
729                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
730
731                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
732
733                 slab = n;
734         }
735 finished:
736         ZONE_UNLOCK(zone);
737
738         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
739                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
740                 if (keg->uk_fini)
741                         for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
742                                 keg->uk_fini(
743                                     slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
744                                     keg->uk_size);
745                 flags = slab->us_flags;
746                 mem = slab->us_data;
747
748                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
749                     (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
750                         vm_object_t obj;
751
752                         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
753                                 obj = kmem_object;
754                         else
755                                 obj = NULL;
756                         for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
757                                 vsetobj((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
758                                     obj);
759                 }
760                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
761                         uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab, NULL,
762                             SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
763 #ifdef UMA_DEBUG
764                 printf("%s: Returning %d bytes.\n",
765                     zone->uz_name, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera);
766 #endif
767                 keg->uk_freef(mem, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
768         }
769 }
770
771 /*
772  * Allocate a new slab for a zone.  This does not insert the slab onto a list.
773  *
774  * Arguments:
775  *      zone  The zone to allocate slabs for
776  *      wait  Shall we wait?
777  *
778  * Returns:
779  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
780  *      caller specified M_NOWAIT.
781  */
782 static uma_slab_t
783 slab_zalloc(uma_zone_t zone, int wait)
784 {
785         uma_slabrefcnt_t slabref;
786         uma_slab_t slab;
787         uma_keg_t keg;
788         u_int8_t *mem;
789         u_int8_t flags;
790         int i;
791
792         slab = NULL;
793         keg = zone->uz_keg;
794
795 #ifdef UMA_DEBUG
796         printf("slab_zalloc:  Allocating a new slab for %s\n", zone->uz_name);
797 #endif
798         ZONE_UNLOCK(zone);
799
800         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
801                 slab = uma_zalloc_internal(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
802                 if (slab == NULL) {
803                         ZONE_LOCK(zone);
804                         return NULL;
805                 }
806         }
807
808         /*
809          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
810          * first time they are added to a zone.
811          *
812          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
813          */
814
815         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
816                 wait |= M_ZERO;
817         else
818                 wait &= ~M_ZERO;
819
820         mem = keg->uk_allocf(zone, keg->uk_ppera * UMA_SLAB_SIZE,
821             &flags, wait);
822         if (mem == NULL) {
823                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
824                         uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab, NULL,
825                             SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
826                 ZONE_LOCK(zone);
827                 return (NULL);
828         }
829
830         /* Point the slab into the allocated memory */
831         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
832                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
833
834         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
835             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT))
836                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
837                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
838
839         slab->us_keg = keg;
840         slab->us_data = mem;
841         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
842         slab->us_firstfree = 0;
843         slab->us_flags = flags;
844
845         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
846                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
847                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++) {
848                         slabref->us_freelist[i].us_refcnt = 0;
849                         slabref->us_freelist[i].us_item = i+1;
850                 }
851         } else {
852                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
853                         slab->us_freelist[i].us_item = i+1;
854         }
855
856         if (keg->uk_init != NULL) {
857                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
858                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
859                             keg->uk_size, wait) != 0)
860                                 break;
861                 if (i != keg->uk_ipers) {
862                         if (keg->uk_fini != NULL) {
863                                 for (i--; i > -1; i--)
864                                         keg->uk_fini(slab->us_data +
865                                             (keg->uk_rsize * i),
866                                             keg->uk_size);
867                         }
868                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) ||
869                             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
870                                 vm_object_t obj;
871
872                                 if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
873                                         obj = kmem_object;
874                                 else
875                                         obj = NULL;
876                                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
877                                         vsetobj((vm_offset_t)mem +
878                                             (i * PAGE_SIZE), obj);
879                         }
880                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
881                                 uma_zfree_internal(keg->uk_slabzone, slab,
882                                     NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
883                         keg->uk_freef(mem, UMA_SLAB_SIZE * keg->uk_ppera,
884                             flags);
885                         ZONE_LOCK(zone);
886                         return (NULL);
887                 }
888         }
889         ZONE_LOCK(zone);
890
891         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
892                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
893
894         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
895         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
896
897         return (slab);
898 }
899
900 /*
901  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
902  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
903  * the VM is ready.
904  */
905 static void *
906 startup_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *pflag, int wait)
907 {
908         uma_keg_t keg;
909         uma_slab_t tmps;
910
911         keg = zone->uz_keg;
912
913         /*
914          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
915          */
916         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
917         if ((tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages)) != NULL) {
918                 LIST_REMOVE(tmps, us_link);
919                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
920                 *pflag = tmps->us_flags;
921                 return (tmps->us_data);
922         }
923         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
924         if (booted == 0)
925                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
926         /*
927          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
928          */
929 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
930         keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
931 #else
932         keg->uk_allocf = page_alloc;
933 #endif
934         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
935 }
936
937 /*
938  * Allocates a number of pages from the system
939  *
940  * Arguments:
941  *      zone  Unused
942  *      bytes  The number of bytes requested
943  *      wait  Shall we wait?
944  *
945  * Returns:
946  *      A pointer to the alloced memory or possibly
947  *      NULL if M_NOWAIT is set.
948  */
949 static void *
950 page_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *pflag, int wait)
951 {
952         void *p;        /* Returned page */
953
954         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
955         p = (void *) kmem_malloc(kmem_map, bytes, wait);
956
957         return (p);
958 }
959
960 /*
961  * Allocates a number of pages from within an object
962  *
963  * Arguments:
964  *      zone   Unused
965  *      bytes  The number of bytes requested
966  *      wait   Shall we wait?
967  *
968  * Returns:
969  *      A pointer to the alloced memory or possibly
970  *      NULL if M_NOWAIT is set.
971  */
972 static void *
973 obj_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, u_int8_t *flags, int wait)
974 {
975         vm_object_t object;
976         vm_offset_t retkva, zkva;
977         vm_page_t p;
978         int pages, startpages;
979
980         object = zone->uz_keg->uk_obj;
981         retkva = 0;
982
983         /*
984          * This looks a little weird since we're getting one page at a time.
985          */
986         VM_OBJECT_LOCK(object);
987         p = TAILQ_LAST(&object->memq, pglist);
988         pages = p != NULL ? p->pindex + 1 : 0;
989         startpages = pages;
990         zkva = zone->uz_keg->uk_kva + pages * PAGE_SIZE;
991         for (; bytes > 0; bytes -= PAGE_SIZE) {
992                 p = vm_page_alloc(object, pages,
993                     VM_ALLOC_INTERRUPT | VM_ALLOC_WIRED);
994                 if (p == NULL) {
995                         if (pages != startpages)
996                                 pmap_qremove(retkva, pages - startpages);
997                         while (pages != startpages) {
998                                 pages--;
999                                 p = TAILQ_LAST(&object->memq, pglist);
1000                                 vm_page_lock_queues();
1001                                 vm_page_unwire(p, 0);
1002                                 vm_page_free(p);
1003                                 vm_page_unlock_queues();
1004                         }
1005                         retkva = 0;
1006                         goto done;
1007                 }
1008                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1009                 if (retkva == 0)
1010                         retkva = zkva;
1011                 zkva += PAGE_SIZE;
1012                 pages += 1;
1013         }
1014 done:
1015         VM_OBJECT_UNLOCK(object);
1016         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1017
1018         return ((void *)retkva);
1019 }
1020
1021 /*
1022  * Frees a number of pages to the system
1023  *
1024  * Arguments:
1025  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1026  *      size  The size of the memory being freed
1027  *      flags The original p->us_flags field
1028  *
1029  * Returns:
1030  *      Nothing
1031  */
1032 static void
1033 page_free(void *mem, int size, u_int8_t flags)
1034 {
1035         vm_map_t map;
1036
1037         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1038                 map = kmem_map;
1039         else
1040                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d\n", flags);
1041
1042         kmem_free(map, (vm_offset_t)mem, size);
1043 }
1044
1045 /*
1046  * Zero fill initializer
1047  *
1048  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1049  */
1050 static int
1051 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1052 {
1053         bzero(mem, size);
1054         return (0);
1055 }
1056
1057 /*
1058  * Finish creating a small uma zone.  This calculates ipers, and the zone size.
1059  *
1060  * Arguments
1061  *      zone  The zone we should initialize
1062  *
1063  * Returns
1064  *      Nothing
1065  */
1066 static void
1067 zone_small_init(uma_zone_t zone)
1068 {
1069         uma_keg_t keg;
1070         u_int rsize;
1071         u_int memused;
1072         u_int wastedspace;
1073         u_int shsize;
1074
1075         keg = zone->uz_keg;
1076         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in zone_small_init"));
1077         rsize = keg->uk_size;
1078
1079         if (rsize < UMA_SMALLEST_UNIT)
1080                 rsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1081         if (rsize & keg->uk_align)
1082                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1083
1084         keg->uk_rsize = rsize;
1085         keg->uk_ppera = 1;
1086
1087         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1088                 rsize += UMA_FRITMREF_SZ;       /* linkage & refcnt */
1089                 shsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1090         } else {
1091                 rsize += UMA_FRITM_SZ;  /* Account for linkage */
1092                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1093         }
1094
1095         keg->uk_ipers = (UMA_SLAB_SIZE - shsize) / rsize;
1096         KASSERT(keg->uk_ipers != 0, ("zone_small_init: ipers is 0"));
1097         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1098         wastedspace = UMA_SLAB_SIZE - memused;
1099
1100         /*
1101          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1102          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1103          * may end up going to the VM (kmem_map) for slabs which we
1104          * do not want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a
1105          * result of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1106          */
1107         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1108             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1109                 return;
1110
1111         if ((wastedspace >= UMA_MAX_WASTE) &&
1112             (keg->uk_ipers < (UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize))) {
1113                 keg->uk_ipers = UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize;
1114                 KASSERT(keg->uk_ipers <= 255,
1115                     ("zone_small_init: keg->uk_ipers too high!"));
1116 #ifdef UMA_DEBUG
1117                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1118                     "zone: %s, calculated wastedspace = %d, "
1119                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1120                     "calculated ipers = %d, "
1121                     "new wasted space = %d\n", zone->uz_name, wastedspace,
1122                     UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1123                     UMA_SLAB_SIZE - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1124 #endif
1125                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1126                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1127                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1128         }
1129 }
1130
1131 /*
1132  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma zone.  Just give in and do
1133  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1134  * more complicated.
1135  *
1136  * Arguments
1137  *      zone  The zone we should initialize
1138  *
1139  * Returns
1140  *      Nothing
1141  */
1142 static void
1143 zone_large_init(uma_zone_t zone)
1144 {
1145         uma_keg_t keg;
1146         int pages;
1147
1148         keg = zone->uz_keg;
1149
1150         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in zone_large_init"));
1151         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1152             ("zone_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY zone"));
1153
1154         pages = keg->uk_size / UMA_SLAB_SIZE;
1155
1156         /* Account for remainder */
1157         if ((pages * UMA_SLAB_SIZE) < keg->uk_size)
1158                 pages++;
1159
1160         keg->uk_ppera = pages;
1161         keg->uk_ipers = 1;
1162
1163         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1164         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1165                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1166
1167         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1168 }
1169
1170 /*
1171  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1172  * the keg onto the global keg list.
1173  *
1174  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1175  *      udata  Actually uma_kctor_args
1176  */
1177 static int
1178 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1179 {
1180         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1181         uma_keg_t keg = mem;
1182         uma_zone_t zone;
1183
1184         bzero(keg, size);
1185         keg->uk_size = arg->size;
1186         keg->uk_init = arg->uminit;
1187         keg->uk_fini = arg->fini;
1188         keg->uk_align = arg->align;
1189         keg->uk_free = 0;
1190         keg->uk_pages = 0;
1191         keg->uk_flags = arg->flags;
1192         keg->uk_allocf = page_alloc;
1193         keg->uk_freef = page_free;
1194         keg->uk_recurse = 0;
1195         keg->uk_slabzone = NULL;
1196
1197         /*
1198          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1199          */
1200         zone = arg->zone;
1201         zone->uz_keg = keg;
1202
1203         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1204                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1205
1206         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1207                 keg->uk_init = zero_init;
1208
1209         /*
1210          * The +UMA_FRITM_SZ added to uk_size is to account for the
1211          * linkage that is added to the size in zone_small_init().  If
1212          * we don't account for this here then we may end up in
1213          * zone_small_init() with a calculated 'ipers' of 0.
1214          */
1215         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1216                 if ((keg->uk_size+UMA_FRITMREF_SZ) >
1217                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt)))
1218                         zone_large_init(zone);
1219                 else
1220                         zone_small_init(zone);
1221         } else {
1222                 if ((keg->uk_size+UMA_FRITM_SZ) >
1223                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1224                         zone_large_init(zone);
1225                 else
1226                         zone_small_init(zone);
1227         }
1228
1229         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1230                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1231                         keg->uk_slabzone = slabrefzone;
1232                 else
1233                         keg->uk_slabzone = slabzone;
1234         }
1235
1236         /*
1237          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1238          * startup cache until the vm is ready.
1239          */
1240         if (keg->uk_ppera == 1) {
1241 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1242                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1243                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1244 #endif
1245                 if (booted == 0)
1246                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1247         }
1248
1249         /*
1250          * Initialize keg's lock (shared among zones) through
1251          * Master zone
1252          */
1253         zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1254         if (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS)
1255                 ZONE_LOCK_INIT(zone, 1);
1256         else
1257                 ZONE_LOCK_INIT(zone, 0);
1258
1259         /*
1260          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1261          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1262          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1263          */
1264         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1265                 u_int totsize;
1266
1267                 /* Size of the slab struct and free list */
1268                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1269                         totsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt) +
1270                             keg->uk_ipers * UMA_FRITMREF_SZ;
1271                 else
1272                         totsize = sizeof(struct uma_slab) +
1273                             keg->uk_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1274
1275                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1276                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1277                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1278                 keg->uk_pgoff = UMA_SLAB_SIZE - totsize;
1279
1280                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1281                         totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab_refcnt)
1282                             + keg->uk_ipers * UMA_FRITMREF_SZ;
1283                 else
1284                         totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab)
1285                             + keg->uk_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1286
1287                 /*
1288                  * The only way the following is possible is if with our
1289                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1290                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1291                  * mathematically possible for all cases, so we make
1292                  * sure here anyway.
1293                  */
1294                 if (totsize > UMA_SLAB_SIZE) {
1295                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1296                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1297                             keg->uk_size);
1298                         panic("UMA slab won't fit.\n");
1299                 }
1300         }
1301
1302         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1303                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1304
1305 #ifdef UMA_DEBUG
1306         printf("%s(%p) size = %d ipers = %d ppera = %d pgoff = %d\n",
1307             zone->uz_name, zone,
1308             keg->uk_size, keg->uk_ipers,
1309             keg->uk_ppera, keg->uk_pgoff);
1310 #endif
1311
1312         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1313
1314         mtx_lock(&uma_mtx);
1315         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1316         mtx_unlock(&uma_mtx);
1317         return (0);
1318 }
1319
1320 /*
1321  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1322  *
1323  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1324  *      udata  Actually uma_zctor_args
1325  */
1326
1327 static int
1328 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1329 {
1330         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1331         uma_zone_t zone = mem;
1332         uma_zone_t z;
1333         uma_keg_t keg;
1334
1335         bzero(zone, size);
1336         zone->uz_name = arg->name;
1337         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1338         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1339         zone->uz_init = NULL;
1340         zone->uz_fini = NULL;
1341         zone->uz_allocs = 0;
1342         zone->uz_frees = 0;
1343         zone->uz_fails = 0;
1344         zone->uz_fills = zone->uz_count = 0;
1345
1346         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1347                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1348                 keg = arg->keg;
1349                 zone->uz_keg = keg;
1350                 zone->uz_init = arg->uminit;
1351                 zone->uz_fini = arg->fini;
1352                 zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1353                 mtx_lock(&uma_mtx);
1354                 ZONE_LOCK(zone);
1355                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1356                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1357                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1358                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1359                                 break;
1360                         }
1361                 }
1362                 ZONE_UNLOCK(zone);
1363                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1364         } else if (arg->keg == NULL) {
1365                 if (uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1366                     arg->align, arg->flags) == NULL)
1367                         return (ENOMEM);
1368         } else {
1369                 struct uma_kctor_args karg;
1370                 int error;
1371
1372                 /* We should only be here from uma_startup() */
1373                 karg.size = arg->size;
1374                 karg.uminit = arg->uminit;
1375                 karg.fini = arg->fini;
1376                 karg.align = arg->align;
1377                 karg.flags = arg->flags;
1378                 karg.zone = zone;
1379                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1380                     flags);
1381                 if (error)
1382                         return (error);
1383         }
1384         keg = zone->uz_keg;
1385         zone->uz_lock = &keg->uk_lock;
1386
1387         /*
1388          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1389          * caches.  If we're internal, bail out here.
1390          */
1391         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1392                 KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1393                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1394                 return (0);
1395         }
1396
1397         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET)
1398                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1399         else if (keg->uk_ipers <= BUCKET_MAX)
1400                 zone->uz_count = keg->uk_ipers;
1401         else
1402                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1403         return (0);
1404 }
1405
1406 /*
1407  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1408  * table and removes the keg from the global list.
1409  *
1410  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1411  *      udata  unused
1412  */
1413 static void
1414 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1415 {
1416         uma_keg_t keg;
1417
1418         keg = (uma_keg_t)arg;
1419         mtx_lock(&keg->uk_lock);
1420         if (keg->uk_free != 0) {
1421                 printf("Freed UMA keg was not empty (%d items). "
1422                     " Lost %d pages of memory.\n",
1423                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1424         }
1425         mtx_unlock(&keg->uk_lock);
1426
1427         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1428                 hash_free(&keg->uk_hash);
1429
1430         mtx_destroy(&keg->uk_lock);
1431 }
1432
1433 /*
1434  * Zone header dtor.
1435  *
1436  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1437  *      udata  unused
1438  */
1439 static void
1440 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1441 {
1442         uma_zone_t zone;
1443         uma_keg_t keg;
1444
1445         zone = (uma_zone_t)arg;
1446         keg = zone->uz_keg;
1447
1448         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1449                 cache_drain(zone);
1450
1451         mtx_lock(&uma_mtx);
1452         zone_drain(zone);
1453         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1454                 LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1455                 /*
1456                  * XXX there are some races here where
1457                  * the zone can be drained but zone lock
1458                  * released and then refilled before we
1459                  * remove it... we dont care for now
1460                  */
1461                 ZONE_LOCK(zone);
1462                 if (LIST_EMPTY(&keg->uk_zones))
1463                         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_SECONDARY;
1464                 ZONE_UNLOCK(zone);
1465                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1466         } else {
1467                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1468                 LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1469                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1470                 uma_zfree_internal(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE,
1471                     ZFREE_STATFREE);
1472         }
1473         zone->uz_keg = NULL;
1474 }
1475
1476 /*
1477  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1478  *
1479  * Arguments:
1480  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1481  *              as an argument.
1482  *
1483  * Returns:
1484  *      Nothing
1485  */
1486 static void
1487 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1488 {
1489         uma_keg_t keg;
1490         uma_zone_t zone;
1491
1492         mtx_lock(&uma_mtx);
1493         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1494                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1495                         zfunc(zone);
1496         }
1497         mtx_unlock(&uma_mtx);
1498 }
1499
1500 /* Public functions */
1501 /* See uma.h */
1502 void
1503 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1504 {
1505         struct uma_zctor_args args;
1506         uma_slab_t slab;
1507         u_int slabsize;
1508         u_int objsize, totsize, wsize;
1509         int i;
1510
1511 #ifdef UMA_DEBUG
1512         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1513 #endif
1514         mtx_init(&uma_mtx, "UMA lock", NULL, MTX_DEF);
1515
1516         /*
1517          * Figure out the maximum number of items-per-slab we'll have if
1518          * we're using the OFFPAGE slab header to track free items, given
1519          * all possible object sizes and the maximum desired wastage
1520          * (UMA_MAX_WASTE).
1521          *
1522          * We iterate until we find an object size for
1523          * which the calculated wastage in zone_small_init() will be
1524          * enough to warrant OFFPAGE.  Since wastedspace versus objsize
1525          * is an overall increasing see-saw function, we find the smallest
1526          * objsize such that the wastage is always acceptable for objects
1527          * with that objsize or smaller.  Since a smaller objsize always
1528          * generates a larger possible uma_max_ipers, we use this computed
1529          * objsize to calculate the largest ipers possible.  Since the
1530          * ipers calculated for OFFPAGE slab headers is always larger than
1531          * the ipers initially calculated in zone_small_init(), we use
1532          * the former's equation (UMA_SLAB_SIZE / keg->uk_rsize) to
1533          * obtain the maximum ipers possible for offpage slab headers.
1534          *
1535          * It should be noted that ipers versus objsize is an inversly
1536          * proportional function which drops off rather quickly so as
1537          * long as our UMA_MAX_WASTE is such that the objsize we calculate
1538          * falls into the portion of the inverse relation AFTER the steep
1539          * falloff, then uma_max_ipers shouldn't be too high (~10 on i386).
1540          *
1541          * Note that we have 8-bits (1 byte) to use as a freelist index
1542          * inside the actual slab header itself and this is enough to
1543          * accomodate us.  In the worst case, a UMA_SMALLEST_UNIT sized
1544          * object with offpage slab header would have ipers =
1545          * UMA_SLAB_SIZE / UMA_SMALLEST_UNIT (currently = 256), which is
1546          * 1 greater than what our byte-integer freelist index can
1547          * accomodate, but we know that this situation never occurs as
1548          * for UMA_SMALLEST_UNIT-sized objects, we will never calculate
1549          * that we need to go to offpage slab headers.  Or, if we do,
1550          * then we trap that condition below and panic in the INVARIANTS case.
1551          */
1552         wsize = UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab) - UMA_MAX_WASTE;
1553         totsize = wsize;
1554         objsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1555         while (totsize >= wsize) {
1556                 totsize = (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)) /
1557                     (objsize + UMA_FRITM_SZ);
1558                 totsize *= (UMA_FRITM_SZ + objsize);
1559                 objsize++;
1560         }
1561         if (objsize > UMA_SMALLEST_UNIT)
1562                 objsize--;
1563         uma_max_ipers = UMA_SLAB_SIZE / objsize;
1564
1565         wsize = UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt) - UMA_MAX_WASTE;
1566         totsize = wsize;
1567         objsize = UMA_SMALLEST_UNIT;
1568         while (totsize >= wsize) {
1569                 totsize = (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt)) /
1570                     (objsize + UMA_FRITMREF_SZ);
1571                 totsize *= (UMA_FRITMREF_SZ + objsize);
1572                 objsize++;
1573         }
1574         if (objsize > UMA_SMALLEST_UNIT)
1575                 objsize--;
1576         uma_max_ipers_ref = UMA_SLAB_SIZE / objsize;
1577
1578         KASSERT((uma_max_ipers_ref <= 255) && (uma_max_ipers <= 255),
1579             ("uma_startup: calculated uma_max_ipers values too large!"));
1580
1581 #ifdef UMA_DEBUG
1582         printf("Calculated uma_max_ipers (for OFFPAGE) is %d\n", uma_max_ipers);
1583         printf("Calculated uma_max_ipers_slab (for OFFPAGE) is %d\n",
1584             uma_max_ipers_ref);
1585 #endif
1586
1587         /* "manually" create the initial zone */
1588         args.name = "UMA Kegs";
1589         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1590         args.ctor = keg_ctor;
1591         args.dtor = keg_dtor;
1592         args.uminit = zero_init;
1593         args.fini = NULL;
1594         args.keg = &masterkeg;
1595         args.align = 32 - 1;
1596         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1597         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1598         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1599
1600 #ifdef UMA_DEBUG
1601         printf("Filling boot free list.\n");
1602 #endif
1603         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1604                 slab = (uma_slab_t)((u_int8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1605                 slab->us_data = (u_int8_t *)slab;
1606                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1607                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1608         }
1609         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1610
1611 #ifdef UMA_DEBUG
1612         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1613 #endif
1614         args.name = "UMA Zones";
1615         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1616             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1617         args.ctor = zone_ctor;
1618         args.dtor = zone_dtor;
1619         args.uminit = zero_init;
1620         args.fini = NULL;
1621         args.keg = NULL;
1622         args.align = 32 - 1;
1623         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1624         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1625         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1626
1627 #ifdef UMA_DEBUG
1628         printf("Initializing pcpu cache locks.\n");
1629 #endif
1630 #ifdef UMA_DEBUG
1631         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1632 #endif
1633
1634         /*
1635          * This is the max number of free list items we'll have with
1636          * offpage slabs.
1637          */
1638         slabsize = uma_max_ipers * UMA_FRITM_SZ;
1639         slabsize += sizeof(struct uma_slab);
1640
1641         /* Now make a zone for slab headers */
1642         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1643                                 slabsize,
1644                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1645                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1646
1647         /*
1648          * We also create a zone for the bigger slabs with reference
1649          * counts in them, to accomodate UMA_ZONE_REFCNT zones.
1650          */
1651         slabsize = uma_max_ipers_ref * UMA_FRITMREF_SZ;
1652         slabsize += sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1653         slabrefzone = uma_zcreate("UMA RCntSlabs",
1654                                   slabsize,
1655                                   NULL, NULL, NULL, NULL,
1656                                   UMA_ALIGN_PTR,
1657                                   UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1658
1659         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1660             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1661             NULL, NULL, NULL, NULL,
1662             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1663
1664         bucket_init();
1665
1666 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1667         booted = 1;
1668 #endif
1669
1670 #ifdef UMA_DEBUG
1671         printf("UMA startup complete.\n");
1672 #endif
1673 }
1674
1675 /* see uma.h */
1676 void
1677 uma_startup2(void)
1678 {
1679         booted = 1;
1680         bucket_enable();
1681 #ifdef UMA_DEBUG
1682         printf("UMA startup2 complete.\n");
1683 #endif
1684 }
1685
1686 /*
1687  * Initialize our callout handle
1688  *
1689  */
1690
1691 static void
1692 uma_startup3(void)
1693 {
1694 #ifdef UMA_DEBUG
1695         printf("Starting callout.\n");
1696 #endif
1697         callout_init(&uma_callout, CALLOUT_MPSAFE);
1698         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1699 #ifdef UMA_DEBUG
1700         printf("UMA startup3 complete.\n");
1701 #endif
1702 }
1703
1704 static uma_zone_t
1705 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1706                 int align, u_int32_t flags)
1707 {
1708         struct uma_kctor_args args;
1709
1710         args.size = size;
1711         args.uminit = uminit;
1712         args.fini = fini;
1713         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1714         args.flags = flags;
1715         args.zone = zone;
1716         return (uma_zalloc_internal(kegs, &args, M_WAITOK));
1717 }
1718
1719 /* See uma.h */
1720 void
1721 uma_set_align(int align)
1722 {
1723
1724         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1725                 uma_align_cache = align;
1726 }
1727
1728 /* See uma.h */
1729 uma_zone_t
1730 uma_zcreate(char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1731                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, u_int32_t flags)
1732
1733 {
1734         struct uma_zctor_args args;
1735
1736         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1737         args.name = name;
1738         args.size = size;
1739         args.ctor = ctor;
1740         args.dtor = dtor;
1741         args.uminit = uminit;
1742         args.fini = fini;
1743         args.align = align;
1744         args.flags = flags;
1745         args.keg = NULL;
1746
1747         return (uma_zalloc_internal(zones, &args, M_WAITOK));
1748 }
1749
1750 /* See uma.h */
1751 uma_zone_t
1752 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1753                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1754 {
1755         struct uma_zctor_args args;
1756
1757         args.name = name;
1758         args.size = master->uz_keg->uk_size;
1759         args.ctor = ctor;
1760         args.dtor = dtor;
1761         args.uminit = zinit;
1762         args.fini = zfini;
1763         args.align = master->uz_keg->uk_align;
1764         args.flags = master->uz_keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1765         args.keg = master->uz_keg;
1766
1767         return (uma_zalloc_internal(zones, &args, M_WAITOK));
1768 }
1769
1770 /* See uma.h */
1771 void
1772 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
1773 {
1774
1775         uma_zfree_internal(zones, zone, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
1776 }
1777
1778 /* See uma.h */
1779 void *
1780 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
1781 {
1782         void *item;
1783         uma_cache_t cache;
1784         uma_bucket_t bucket;
1785         int cpu;
1786
1787         /* This is the fast path allocation */
1788 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
1789         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
1790 #endif
1791         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
1792             zone->uz_name, flags);
1793
1794         if (flags & M_WAITOK) {
1795                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
1796                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
1797         }
1798
1799         /*
1800          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
1801          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
1802          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
1803          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
1804          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
1805          * preemption and migration.  We release the critical section in
1806          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
1807          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
1808          * must detect and handle migration if it has occurred.
1809          */
1810 zalloc_restart:
1811         critical_enter();
1812         cpu = curcpu;
1813         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1814
1815 zalloc_start:
1816         bucket = cache->uc_allocbucket;
1817
1818         if (bucket) {
1819                 if (bucket->ub_cnt > 0) {
1820                         bucket->ub_cnt--;
1821                         item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
1822 #ifdef INVARIANTS
1823                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
1824 #endif
1825                         KASSERT(item != NULL,
1826                             ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
1827                         cache->uc_allocs++;
1828                         critical_exit();
1829 #ifdef INVARIANTS
1830                         ZONE_LOCK(zone);
1831                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
1832                         ZONE_UNLOCK(zone);
1833 #endif
1834                         if (zone->uz_ctor != NULL) {
1835                                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_keg->uk_size,
1836                                     udata, flags) != 0) {
1837                                         uma_zfree_internal(zone, item, udata,
1838                                             SKIP_DTOR, ZFREE_STATFAIL |
1839                                             ZFREE_STATFREE);
1840                                         return (NULL);
1841                                 }
1842                         }
1843                         if (flags & M_ZERO)
1844                                 bzero(item, zone->uz_keg->uk_size);
1845                         return (item);
1846                 } else if (cache->uc_freebucket) {
1847                         /*
1848                          * We have run out of items in our allocbucket.
1849                          * See if we can switch with our free bucket.
1850                          */
1851                         if (cache->uc_freebucket->ub_cnt > 0) {
1852 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
1853                                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with"
1854                                     " alloc.\n");
1855 #endif
1856                                 bucket = cache->uc_freebucket;
1857                                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
1858                                 cache->uc_allocbucket = bucket;
1859
1860                                 goto zalloc_start;
1861                         }
1862                 }
1863         }
1864         /*
1865          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
1866          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
1867          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
1868          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
1869          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
1870          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
1871          * the critical section.
1872          */
1873         critical_exit();
1874         ZONE_LOCK(zone);
1875         critical_enter();
1876         cpu = curcpu;
1877         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1878         bucket = cache->uc_allocbucket;
1879         if (bucket != NULL) {
1880                 if (bucket->ub_cnt > 0) {
1881                         ZONE_UNLOCK(zone);
1882                         goto zalloc_start;
1883                 }
1884                 bucket = cache->uc_freebucket;
1885                 if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
1886                         ZONE_UNLOCK(zone);
1887                         goto zalloc_start;
1888                 }
1889         }
1890
1891         /* Since we have locked the zone we may as well send back our stats */
1892         zone->uz_allocs += cache->uc_allocs;
1893         cache->uc_allocs = 0;
1894         zone->uz_frees += cache->uc_frees;
1895         cache->uc_frees = 0;
1896
1897         /* Our old one is now a free bucket */
1898         if (cache->uc_allocbucket) {
1899                 KASSERT(cache->uc_allocbucket->ub_cnt == 0,
1900                     ("uma_zalloc_arg: Freeing a non free bucket."));
1901                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_free_bucket,
1902                     cache->uc_allocbucket, ub_link);
1903                 cache->uc_allocbucket = NULL;
1904         }
1905
1906         /* Check the free list for a new alloc bucket */
1907         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_full_bucket)) != NULL) {
1908                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
1909                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
1910
1911                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
1912                 cache->uc_allocbucket = bucket;
1913                 ZONE_UNLOCK(zone);
1914                 goto zalloc_start;
1915         }
1916         /* We are no longer associated with this CPU. */
1917         critical_exit();
1918
1919         /* Bump up our uz_count so we get here less */
1920         if (zone->uz_count < BUCKET_MAX)
1921                 zone->uz_count++;
1922
1923         /*
1924          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
1925          * works we'll restart the allocation from the begining.
1926          */
1927         if (uma_zalloc_bucket(zone, flags)) {
1928                 ZONE_UNLOCK(zone);
1929                 goto zalloc_restart;
1930         }
1931         ZONE_UNLOCK(zone);
1932         /*
1933          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
1934          */
1935 #ifdef UMA_DEBUG
1936         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
1937 #endif
1938
1939         return (uma_zalloc_internal(zone, udata, flags));
1940 }
1941
1942 static uma_slab_t
1943 uma_zone_slab(uma_zone_t zone, int flags)
1944 {
1945         uma_slab_t slab;
1946         uma_keg_t keg;
1947
1948         keg = zone->uz_keg;
1949
1950         /*
1951          * This is to prevent us from recursively trying to allocate
1952          * buckets.  The problem is that if an allocation forces us to
1953          * grab a new bucket we will call page_alloc, which will go off
1954          * and cause the vm to allocate vm_map_entries.  If we need new
1955          * buckets there too we will recurse in kmem_alloc and bad
1956          * things happen.  So instead we return a NULL bucket, and make
1957          * the code that allocates buckets smart enough to deal with it
1958          *
1959          * XXX: While we want this protection for the bucket zones so that
1960          * recursion from the VM is handled (and the calling code that
1961          * allocates buckets knows how to deal with it), we do not want
1962          * to prevent allocation from the slab header zones (slabzone
1963          * and slabrefzone) if uk_recurse is not zero for them.  The
1964          * reason is that it could lead to NULL being returned for
1965          * slab header allocations even in the M_WAITOK case, and the
1966          * caller can't handle that. 
1967          */
1968         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL && keg->uk_recurse != 0)
1969                 if ((zone != slabzone) && (zone != slabrefzone))
1970                         return (NULL);
1971
1972         slab = NULL;
1973
1974         for (;;) {
1975                 /*
1976                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
1977                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
1978                  * fragmentation.
1979                  */
1980                 if (keg->uk_free != 0) {
1981                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
1982                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
1983                         } else {
1984                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
1985                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
1986                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
1987                                     us_link);
1988                         }
1989                         return (slab);
1990                 }
1991
1992                 /*
1993                  * M_NOVM means don't ask at all!
1994                  */
1995                 if (flags & M_NOVM)
1996                         break;
1997
1998                 if (keg->uk_maxpages &&
1999                     keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2000                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2001
2002                         if (flags & M_NOWAIT)
2003                                 break;
2004                         else
2005                                 msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM,
2006                                     "zonelimit", 0);
2007                         continue;
2008                 }
2009                 keg->uk_recurse++;
2010                 slab = slab_zalloc(zone, flags);
2011                 keg->uk_recurse--;
2012
2013                 /*
2014                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2015                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2016                  * at least one item.
2017                  */
2018                 if (slab) {
2019                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2020                         return (slab);
2021                 }
2022                 /*
2023                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2024                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2025                  * fail.
2026                  */
2027                 if (flags & M_NOWAIT)
2028                         flags |= M_NOVM;
2029         }
2030         return (slab);
2031 }
2032
2033 static void *
2034 uma_slab_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab)
2035 {
2036         uma_keg_t keg;
2037         uma_slabrefcnt_t slabref;
2038         void *item;
2039         u_int8_t freei;
2040
2041         keg = zone->uz_keg;
2042
2043         freei = slab->us_firstfree;
2044         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
2045                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
2046                 slab->us_firstfree = slabref->us_freelist[freei].us_item;
2047         } else {
2048                 slab->us_firstfree = slab->us_freelist[freei].us_item;
2049         }
2050         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2051
2052         slab->us_freecount--;
2053         keg->uk_free--;
2054 #ifdef INVARIANTS
2055         uma_dbg_alloc(zone, slab, item);
2056 #endif
2057         /* Move this slab to the full list */
2058         if (slab->us_freecount == 0) {
2059                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2060                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2061         }
2062
2063         return (item);
2064 }
2065
2066 static int
2067 uma_zalloc_bucket(uma_zone_t zone, int flags)
2068 {
2069         uma_bucket_t bucket;
2070         uma_slab_t slab;
2071         int16_t saved;
2072         int max, origflags = flags;
2073
2074         /*
2075          * Try this zone's free list first so we don't allocate extra buckets.
2076          */
2077         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
2078                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
2079                     ("uma_zalloc_bucket: Bucket on free list is not empty."));
2080                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2081         } else {
2082                 int bflags;
2083
2084                 bflags = (flags & ~M_ZERO);
2085                 if (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
2086                         bflags |= M_NOVM;
2087
2088                 ZONE_UNLOCK(zone);
2089                 bucket = bucket_alloc(zone->uz_count, bflags);
2090                 ZONE_LOCK(zone);
2091         }
2092
2093         if (bucket == NULL)
2094                 return (0);
2095
2096 #ifdef SMP
2097         /*
2098          * This code is here to limit the number of simultaneous bucket fills
2099          * for any given zone to the number of per cpu caches in this zone. This
2100          * is done so that we don't allocate more memory than we really need.
2101          */
2102         if (zone->uz_fills >= mp_ncpus)
2103                 goto done;
2104
2105 #endif
2106         zone->uz_fills++;
2107
2108         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2109         /* Try to keep the buckets totally full */
2110         saved = bucket->ub_cnt;
2111         while (bucket->ub_cnt < max &&
2112             (slab = uma_zone_slab(zone, flags)) != NULL) {
2113                 while (slab->us_freecount && bucket->ub_cnt < max) {
2114                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt++] =
2115                             uma_slab_alloc(zone, slab);
2116                 }
2117
2118                 /* Don't block on the next fill */
2119                 flags |= M_NOWAIT;
2120         }
2121
2122         /*
2123          * We unlock here because we need to call the zone's init.
2124          * It should be safe to unlock because the slab dealt with
2125          * above is already on the appropriate list within the keg
2126          * and the bucket we filled is not yet on any list, so we
2127          * own it.
2128          */
2129         if (zone->uz_init != NULL) {
2130                 int i;
2131
2132                 ZONE_UNLOCK(zone);
2133                 for (i = saved; i < bucket->ub_cnt; i++)
2134                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i],
2135                             zone->uz_keg->uk_size, origflags) != 0)
2136                                 break;
2137                 /*
2138                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2139                  * rest back onto the freelist.
2140                  */
2141                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2142                         int j;
2143
2144                         for (j = i; j < bucket->ub_cnt; j++) {
2145                                 uma_zfree_internal(zone, bucket->ub_bucket[j],
2146                                     NULL, SKIP_FINI, 0);
2147 #ifdef INVARIANTS
2148                                 bucket->ub_bucket[j] = NULL;
2149 #endif
2150                         }
2151                         bucket->ub_cnt = i;
2152                 }
2153                 ZONE_LOCK(zone);
2154         }
2155
2156         zone->uz_fills--;
2157         if (bucket->ub_cnt != 0) {
2158                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_full_bucket,
2159                     bucket, ub_link);
2160                 return (1);
2161         }
2162 #ifdef SMP
2163 done:
2164 #endif
2165         bucket_free(bucket);
2166
2167         return (0);
2168 }
2169 /*
2170  * Allocates an item for an internal zone
2171  *
2172  * Arguments
2173  *      zone   The zone to alloc for.
2174  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2175  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2176  *
2177  * Returns
2178  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2179  *      An item if successful
2180  */
2181
2182 static void *
2183 uma_zalloc_internal(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2184 {
2185         uma_keg_t keg;
2186         uma_slab_t slab;
2187         void *item;
2188
2189         item = NULL;
2190         keg = zone->uz_keg;
2191
2192 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2193         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2194 #endif
2195         ZONE_LOCK(zone);
2196
2197         slab = uma_zone_slab(zone, flags);
2198         if (slab == NULL) {
2199                 zone->uz_fails++;
2200                 ZONE_UNLOCK(zone);
2201                 return (NULL);
2202         }
2203
2204         item = uma_slab_alloc(zone, slab);
2205
2206         zone->uz_allocs++;
2207
2208         ZONE_UNLOCK(zone);
2209
2210         /*
2211          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2212          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2213          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2214          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2215          */
2216         if (zone->uz_init != NULL) {
2217                 if (zone->uz_init(item, keg->uk_size, flags) != 0) {
2218                         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_FINI,
2219                             ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2220                         return (NULL);
2221                 }
2222         }
2223         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2224                 if (zone->uz_ctor(item, keg->uk_size, udata, flags) != 0) {
2225                         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_DTOR,
2226                             ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2227                         return (NULL);
2228                 }
2229         }
2230         if (flags & M_ZERO)
2231                 bzero(item, keg->uk_size);
2232
2233         return (item);
2234 }
2235
2236 /* See uma.h */
2237 void
2238 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2239 {
2240         uma_keg_t keg;
2241         uma_cache_t cache;
2242         uma_bucket_t bucket;
2243         int bflags;
2244         int cpu;
2245
2246         keg = zone->uz_keg;
2247
2248 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2249         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2250 #endif
2251         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2252             zone->uz_name);
2253
2254         if (zone->uz_dtor)
2255                 zone->uz_dtor(item, keg->uk_size, udata);
2256 #ifdef INVARIANTS
2257         ZONE_LOCK(zone);
2258         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2259                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2260         else
2261                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2262         ZONE_UNLOCK(zone);
2263 #endif
2264         /*
2265          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2266          * a little longer for the limits to be reset.
2267          */
2268         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2269                 goto zfree_internal;
2270
2271         /*
2272          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2273          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2274          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2275          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2276          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2277          * preemption and migration.  We release the critical section in
2278          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2279          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2280          * detect and handle migration if it has occurred.
2281          */
2282 zfree_restart:
2283         critical_enter();
2284         cpu = curcpu;
2285         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2286
2287 zfree_start:
2288         bucket = cache->uc_freebucket;
2289
2290         if (bucket) {
2291                 /*
2292                  * Do we have room in our bucket? It is OK for this uz count
2293                  * check to be slightly out of sync.
2294                  */
2295
2296                 if (bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2297                         KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2298                             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2299                         bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2300                         bucket->ub_cnt++;
2301                         cache->uc_frees++;
2302                         critical_exit();
2303                         return;
2304                 } else if (cache->uc_allocbucket) {
2305 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2306                         printf("uma_zfree: Swapping buckets.\n");
2307 #endif
2308                         /*
2309                          * We have run out of space in our freebucket.
2310                          * See if we can switch with our alloc bucket.
2311                          */
2312                         if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt <
2313                             cache->uc_freebucket->ub_cnt) {
2314                                 bucket = cache->uc_freebucket;
2315                                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2316                                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2317                                 goto zfree_start;
2318                         }
2319                 }
2320         }
2321         /*
2322          * We can get here for two reasons:
2323          *
2324          * 1) The buckets are NULL
2325          * 2) The alloc and free buckets are both somewhat full.
2326          *
2327          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2328          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2329          * section.  Since the critical section is released, we may be
2330          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2331          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2332          * the critical section.
2333          */
2334         critical_exit();
2335         ZONE_LOCK(zone);
2336         critical_enter();
2337         cpu = curcpu;
2338         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2339         if (cache->uc_freebucket != NULL) {
2340                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt <
2341                     cache->uc_freebucket->ub_entries) {
2342                         ZONE_UNLOCK(zone);
2343                         goto zfree_start;
2344                 }
2345                 if (cache->uc_allocbucket != NULL &&
2346                     (cache->uc_allocbucket->ub_cnt <
2347                     cache->uc_freebucket->ub_cnt)) {
2348                         ZONE_UNLOCK(zone);
2349                         goto zfree_start;
2350                 }
2351         }
2352
2353         /* Since we have locked the zone we may as well send back our stats */
2354         zone->uz_allocs += cache->uc_allocs;
2355         cache->uc_allocs = 0;
2356         zone->uz_frees += cache->uc_frees;
2357         cache->uc_frees = 0;
2358
2359         bucket = cache->uc_freebucket;
2360         cache->uc_freebucket = NULL;
2361
2362         /* Can we throw this on the zone full list? */
2363         if (bucket != NULL) {
2364 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2365                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2366 #endif
2367                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2368                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2369                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2370                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_full_bucket,
2371                     bucket, ub_link);
2372         }
2373         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_free_bucket)) != NULL) {
2374                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2375                 ZONE_UNLOCK(zone);
2376                 cache->uc_freebucket = bucket;
2377                 goto zfree_start;
2378         }
2379         /* We are no longer associated with this CPU. */
2380         critical_exit();
2381
2382         /* And the zone.. */
2383         ZONE_UNLOCK(zone);
2384
2385 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2386         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2387 #endif
2388         bflags = M_NOWAIT;
2389
2390         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
2391                 bflags |= M_NOVM;
2392         bucket = bucket_alloc(zone->uz_count, bflags);
2393         if (bucket) {
2394                 ZONE_LOCK(zone);
2395                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_free_bucket,
2396                     bucket, ub_link);
2397                 ZONE_UNLOCK(zone);
2398                 goto zfree_restart;
2399         }
2400
2401         /*
2402          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2403          */
2404 zfree_internal:
2405         uma_zfree_internal(zone, item, udata, SKIP_DTOR, ZFREE_STATFREE);
2406
2407         return;
2408 }
2409
2410 /*
2411  * Frees an item to an INTERNAL zone or allocates a free bucket
2412  *
2413  * Arguments:
2414  *      zone   The zone to free to
2415  *      item   The item we're freeing
2416  *      udata  User supplied data for the dtor
2417  *      skip   Skip dtors and finis
2418  */
2419 static void
2420 uma_zfree_internal(uma_zone_t zone, void *item, void *udata,
2421     enum zfreeskip skip, int flags)
2422 {
2423         uma_slab_t slab;
2424         uma_slabrefcnt_t slabref;
2425         uma_keg_t keg;
2426         u_int8_t *mem;
2427         u_int8_t freei;
2428
2429         keg = zone->uz_keg;
2430
2431         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2432                 zone->uz_dtor(item, keg->uk_size, udata);
2433         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2434                 zone->uz_fini(item, keg->uk_size);
2435
2436         ZONE_LOCK(zone);
2437
2438         if (flags & ZFREE_STATFAIL)
2439                 zone->uz_fails++;
2440         if (flags & ZFREE_STATFREE)
2441                 zone->uz_frees++;
2442
2443         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC)) {
2444                 mem = (u_int8_t *)((unsigned long)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2445                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
2446                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2447                 else {
2448                         mem += keg->uk_pgoff;
2449                         slab = (uma_slab_t)mem;
2450                 }
2451         } else {
2452                 slab = (uma_slab_t)udata;
2453         }
2454
2455         /* Do we need to remove from any lists? */
2456         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2457                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2458                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2459         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2460                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2461                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2462         }
2463
2464         /* Slab management stuff */
2465         freei = ((unsigned long)item - (unsigned long)slab->us_data)
2466                 / keg->uk_rsize;
2467
2468 #ifdef INVARIANTS
2469         if (!skip)
2470                 uma_dbg_free(zone, slab, item);
2471 #endif
2472
2473         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
2474                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
2475                 slabref->us_freelist[freei].us_item = slab->us_firstfree;
2476         } else {
2477                 slab->us_freelist[freei].us_item = slab->us_firstfree;
2478         }
2479         slab->us_firstfree = freei;
2480         slab->us_freecount++;
2481
2482         /* Zone statistics */
2483         keg->uk_free++;
2484
2485         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2486                 if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages)
2487                         keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2488
2489                 /* 
2490                  * We can handle one more allocation. Since we're clearing ZFLAG_FULL,
2491                  * wake up all procs blocked on pages. This should be uncommon, so 
2492                  * keeping this simple for now (rather than adding count of blocked 
2493                  * threads etc).
2494                  */
2495                 wakeup(keg);
2496         }
2497
2498         ZONE_UNLOCK(zone);
2499 }
2500
2501 /* See uma.h */
2502 void
2503 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2504 {
2505         uma_keg_t keg;
2506
2507         keg = zone->uz_keg;
2508         ZONE_LOCK(zone);
2509         if (keg->uk_ppera > 1)
2510                 keg->uk_maxpages = nitems * keg->uk_ppera;
2511         else
2512                 keg->uk_maxpages = nitems / keg->uk_ipers;
2513
2514         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2515                 keg->uk_maxpages++;
2516
2517         ZONE_UNLOCK(zone);
2518 }
2519
2520 /* See uma.h */
2521 void
2522 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2523 {
2524         ZONE_LOCK(zone);
2525         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2526             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
2527         zone->uz_keg->uk_init = uminit;
2528         ZONE_UNLOCK(zone);
2529 }
2530
2531 /* See uma.h */
2532 void
2533 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
2534 {
2535         ZONE_LOCK(zone);
2536         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2537             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
2538         zone->uz_keg->uk_fini = fini;
2539         ZONE_UNLOCK(zone);
2540 }
2541
2542 /* See uma.h */
2543 void
2544 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
2545 {
2546         ZONE_LOCK(zone);
2547         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2548             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
2549         zone->uz_init = zinit;
2550         ZONE_UNLOCK(zone);
2551 }
2552
2553 /* See uma.h */
2554 void
2555 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
2556 {
2557         ZONE_LOCK(zone);
2558         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
2559             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
2560         zone->uz_fini = zfini;
2561         ZONE_UNLOCK(zone);
2562 }
2563
2564 /* See uma.h */
2565 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
2566 void
2567 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
2568 {
2569         ZONE_LOCK(zone);
2570         zone->uz_keg->uk_freef = freef;
2571         ZONE_UNLOCK(zone);
2572 }
2573
2574 /* See uma.h */
2575 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
2576 void
2577 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
2578 {
2579         ZONE_LOCK(zone);
2580         zone->uz_keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_PRIVALLOC;
2581         zone->uz_keg->uk_allocf = allocf;
2582         ZONE_UNLOCK(zone);
2583 }
2584
2585 /* See uma.h */
2586 int
2587 uma_zone_set_obj(uma_zone_t zone, struct vm_object *obj, int count)
2588 {
2589         uma_keg_t keg;
2590         vm_offset_t kva;
2591         int pages;
2592
2593         keg = zone->uz_keg;
2594         pages = count / keg->uk_ipers;
2595
2596         if (pages * keg->uk_ipers < count)
2597                 pages++;
2598
2599         kva = kmem_alloc_nofault(kernel_map, pages * UMA_SLAB_SIZE);
2600
2601         if (kva == 0)
2602                 return (0);
2603         if (obj == NULL) {
2604                 obj = vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT,
2605                     pages);
2606         } else {
2607                 VM_OBJECT_LOCK_INIT(obj, "uma object");
2608                 _vm_object_allocate(OBJT_DEFAULT,
2609                     pages, obj);
2610         }
2611         ZONE_LOCK(zone);
2612         keg->uk_kva = kva;
2613         keg->uk_obj = obj;
2614         keg->uk_maxpages = pages;
2615         keg->uk_allocf = obj_alloc;
2616         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE | UMA_ZFLAG_PRIVALLOC;
2617         ZONE_UNLOCK(zone);
2618         return (1);
2619 }
2620
2621 /* See uma.h */
2622 void
2623 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
2624 {
2625         int slabs;
2626         uma_slab_t slab;
2627         uma_keg_t keg;
2628
2629         keg = zone->uz_keg;
2630         ZONE_LOCK(zone);
2631         slabs = items / keg->uk_ipers;
2632         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
2633                 slabs++;
2634         while (slabs > 0) {
2635                 slab = slab_zalloc(zone, M_WAITOK);
2636                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2637                 slabs--;
2638         }
2639         ZONE_UNLOCK(zone);
2640 }
2641
2642 /* See uma.h */
2643 u_int32_t *
2644 uma_find_refcnt(uma_zone_t zone, void *item)
2645 {
2646         uma_slabrefcnt_t slabref;
2647         uma_keg_t keg;
2648         u_int32_t *refcnt;
2649         int idx;
2650
2651         keg = zone->uz_keg;
2652         slabref = (uma_slabrefcnt_t)vtoslab((vm_offset_t)item &
2653             (~UMA_SLAB_MASK));
2654         KASSERT(slabref != NULL && slabref->us_keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT,
2655             ("uma_find_refcnt(): zone possibly not UMA_ZONE_REFCNT"));
2656         idx = ((unsigned long)item - (unsigned long)slabref->us_data)
2657             / keg->uk_rsize;
2658         refcnt = &slabref->us_freelist[idx].us_refcnt;
2659         return refcnt;
2660 }
2661
2662 /* See uma.h */
2663 void
2664 uma_reclaim(void)
2665 {
2666 #ifdef UMA_DEBUG
2667         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
2668 #endif
2669         bucket_enable();
2670         zone_foreach(zone_drain);
2671         /*
2672          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
2673          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
2674          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
2675          */
2676         zone_drain(slabzone);
2677         zone_drain(slabrefzone);
2678         bucket_zone_drain();
2679 }
2680
2681 /* See uma.h */
2682 int
2683 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
2684 {
2685         int full;
2686
2687         ZONE_LOCK(zone);
2688         full = (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
2689         ZONE_UNLOCK(zone);
2690         return (full);  
2691 }
2692
2693 int
2694 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
2695 {
2696         return (zone->uz_keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
2697 }
2698
2699 void *
2700 uma_large_malloc(int size, int wait)
2701 {
2702         void *mem;
2703         uma_slab_t slab;
2704         u_int8_t flags;
2705
2706         slab = uma_zalloc_internal(slabzone, NULL, wait);
2707         if (slab == NULL)
2708                 return (NULL);
2709         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
2710         if (mem) {
2711                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
2712                 slab->us_data = mem;
2713                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
2714                 slab->us_size = size;
2715         } else {
2716                 uma_zfree_internal(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE,
2717                     ZFREE_STATFAIL | ZFREE_STATFREE);
2718         }
2719
2720         return (mem);
2721 }
2722
2723 void
2724 uma_large_free(uma_slab_t slab)
2725 {
2726         vsetobj((vm_offset_t)slab->us_data, kmem_object);
2727         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
2728         uma_zfree_internal(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE, ZFREE_STATFREE);
2729 }
2730
2731 void
2732 uma_print_stats(void)
2733 {
2734         zone_foreach(uma_print_zone);
2735 }
2736
2737 static void
2738 slab_print(uma_slab_t slab)
2739 {
2740         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d, firstfree %d\n",
2741                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount,
2742                 slab->us_firstfree);
2743 }
2744
2745 static void
2746 cache_print(uma_cache_t cache)
2747 {
2748         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
2749                 cache->uc_allocbucket,
2750                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
2751                 cache->uc_freebucket,
2752                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
2753 }
2754
2755 void
2756 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
2757 {
2758         uma_cache_t cache;
2759         uma_keg_t keg;
2760         uma_slab_t slab;
2761         int i;
2762
2763         keg = zone->uz_keg;
2764         printf("%s(%p) size %d(%d) flags %d ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
2765             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
2766             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
2767             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
2768         printf("Part slabs:\n");
2769         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
2770                 slab_print(slab);
2771         printf("Free slabs:\n");
2772         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
2773                 slab_print(slab);
2774         printf("Full slabs:\n");
2775         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
2776                 slab_print(slab);
2777         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2778                 if (CPU_ABSENT(i))
2779                         continue;
2780                 cache = &zone->uz_cpu[i];
2781                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
2782                 cache_print(cache);
2783         }
2784 }
2785
2786 #ifdef DDB
2787 /*
2788  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
2789  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
2790  *
2791  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
2792  * per-CPU cache statistic.
2793  *
2794  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
2795  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
2796  * directly so that we don't have to.
2797  */
2798 static void
2799 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, u_int64_t *allocsp,
2800     u_int64_t *freesp)
2801 {
2802         uma_cache_t cache;
2803         u_int64_t allocs, frees;
2804         int cachefree, cpu;
2805
2806         allocs = frees = 0;
2807         cachefree = 0;
2808         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
2809                 if (CPU_ABSENT(cpu))
2810                         continue;
2811                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
2812                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
2813                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
2814                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
2815                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
2816                 allocs += cache->uc_allocs;
2817                 frees += cache->uc_frees;
2818         }
2819         allocs += z->uz_allocs;
2820         frees += z->uz_frees;
2821         if (cachefreep != NULL)
2822                 *cachefreep = cachefree;
2823         if (allocsp != NULL)
2824                 *allocsp = allocs;
2825         if (freesp != NULL)
2826                 *freesp = frees;
2827 }
2828 #endif /* DDB */
2829
2830 static int
2831 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2832 {
2833         uma_keg_t kz;
2834         uma_zone_t z;
2835         int count;
2836
2837         count = 0;
2838         mtx_lock(&uma_mtx);
2839         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2840                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2841                         count++;
2842         }
2843         mtx_unlock(&uma_mtx);
2844         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
2845 }
2846
2847 static int
2848 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
2849 {
2850         struct uma_stream_header ush;
2851         struct uma_type_header uth;
2852         struct uma_percpu_stat ups;
2853         uma_bucket_t bucket;
2854         struct sbuf sbuf;
2855         uma_cache_t cache;
2856         uma_keg_t kz;
2857         uma_zone_t z;
2858         char *buffer;
2859         int buflen, count, error, i;
2860
2861         mtx_lock(&uma_mtx);
2862 restart:
2863         mtx_assert(&uma_mtx, MA_OWNED);
2864         count = 0;
2865         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2866                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2867                         count++;
2868         }
2869         mtx_unlock(&uma_mtx);
2870
2871         buflen = sizeof(ush) + count * (sizeof(uth) + sizeof(ups) *
2872             (mp_maxid + 1)) + 1;
2873         buffer = malloc(buflen, M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2874
2875         mtx_lock(&uma_mtx);
2876         i = 0;
2877         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2878                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
2879                         i++;
2880         }
2881         if (i > count) {
2882                 free(buffer, M_TEMP);
2883                 goto restart;
2884         }
2885         count =  i;
2886
2887         sbuf_new(&sbuf, buffer, buflen, SBUF_FIXEDLEN);
2888
2889         /*
2890          * Insert stream header.
2891          */
2892         bzero(&ush, sizeof(ush));
2893         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
2894         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
2895         ush.ush_count = count;
2896         if (sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush)) < 0) {
2897                 mtx_unlock(&uma_mtx);
2898                 error = ENOMEM;
2899                 goto out;
2900         }
2901
2902         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2903                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
2904                         bzero(&uth, sizeof(uth));
2905                         ZONE_LOCK(z);
2906                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
2907                         uth.uth_align = kz->uk_align;
2908                         uth.uth_pages = kz->uk_pages;
2909                         uth.uth_keg_free = kz->uk_free;
2910                         uth.uth_size = kz->uk_size;
2911                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
2912                         uth.uth_maxpages = kz->uk_maxpages;
2913                         if (kz->uk_ppera > 1)
2914                                 uth.uth_limit = kz->uk_maxpages /
2915                                     kz->uk_ppera;
2916                         else
2917                                 uth.uth_limit = kz->uk_maxpages *
2918                                     kz->uk_ipers;
2919
2920                         /*
2921                          * A zone is secondary is it is not the first entry
2922                          * on the keg's zone list.
2923                          */
2924                         if ((kz->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
2925                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
2926                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
2927
2928                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_full_bucket, ub_link)
2929                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
2930                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
2931                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
2932                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
2933                         if (sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth)) < 0) {
2934                                 ZONE_UNLOCK(z);
2935                                 mtx_unlock(&uma_mtx);
2936                                 error = ENOMEM;
2937                                 goto out;
2938                         }
2939                         /*
2940                          * While it is not normally safe to access the cache
2941                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
2942                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
2943                          * without the zone lock held, not invalidated, so
2944                          * accept the possible race associated with bucket
2945                          * exchange during monitoring.
2946                          */
2947                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
2948                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
2949                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
2950                                         goto skip;
2951                                 if (CPU_ABSENT(i))
2952                                         goto skip;
2953                                 cache = &z->uz_cpu[i];
2954                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
2955                                         ups.ups_cache_free +=
2956                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
2957                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
2958                                         ups.ups_cache_free +=
2959                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
2960                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
2961                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
2962 skip:
2963                                 if (sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups)) < 0) {
2964                                         ZONE_UNLOCK(z);
2965                                         mtx_unlock(&uma_mtx);
2966                                         error = ENOMEM;
2967                                         goto out;
2968                                 }
2969                         }
2970                         ZONE_UNLOCK(z);
2971                 }
2972         }
2973         mtx_unlock(&uma_mtx);
2974         sbuf_finish(&sbuf);
2975         error = SYSCTL_OUT(req, sbuf_data(&sbuf), sbuf_len(&sbuf));
2976 out:
2977         free(buffer, M_TEMP);
2978         return (error);
2979 }
2980
2981 #ifdef DDB
2982 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
2983 {
2984         u_int64_t allocs, frees;
2985         uma_bucket_t bucket;
2986         uma_keg_t kz;
2987         uma_zone_t z;
2988         int cachefree;
2989
2990         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
2991             "Requests");
2992         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
2993                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
2994                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
2995                                 allocs = z->uz_allocs;
2996                                 frees = z->uz_frees;
2997                                 cachefree = 0;
2998                         } else
2999                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3000                                     &frees);
3001                         if (!((kz->uk_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3002                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3003                                 cachefree += kz->uk_free;
3004                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_full_bucket, ub_link)
3005                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3006                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju\n", z->uz_name,
3007                             (uintmax_t)kz->uk_size,
3008                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3009                             (uintmax_t)allocs);
3010                 }
3011         }
3012 }
3013 #endif