sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/smp.h>
  79 #include <sys/taskqueue.h>
  80 #include <sys/vmmeter.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_domainset.h>
  84 #include <vm/vm_object.h>
  85 #include <vm/vm_page.h>
  86 #include <vm/vm_pageout.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_phys.h>
  89 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_extern.h>
  93 #include <vm/uma.h>
  94 #include <vm/uma_int.h>
  95 #include <vm/uma_dbg.h>
  96
  97 #include <ddb/ddb.h>
  98
  99 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 100 #include <vm/memguard.h>
 101 #endif
 102
 103 /*
 104  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 105  */
 106 static uma_zone_t kegs;
 107 static uma_zone_t zones;
 108
 109 /* This is the zone from which all offpage uma_slab_ts are allocated. */
 110 static uma_zone_t slabzone;
 111
 112 /*
 113  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 114  * prior to malloc coming up.
 115  */
 116 static uma_zone_t hashzone;
 117
 118 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 119 int uma_align_cache = 64 - 1;
 120
 121 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 122
 123 /*
 124  * Are we allowed to allocate buckets?
 125  */
 126 static int bucketdisable = 1;
 127
 128 /* Linked list of all kegs in the system */
 129 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 130
 131 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 132 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 133     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 134
 135 /* This RW lock protects the keg list */
 136 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 137
 138 /*
 139  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
 140  * startup to bootstrap UMA.
 141  */
 142 static char *bootmem;
 143 static int boot_pages;
 144
 145 static struct sx uma_drain_lock;
 146
 147 /* kmem soft limit. */
 148 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 149 static volatile unsigned long uma_kmem_total;
 150
 151 /* Is the VM done starting up? */
 152 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 153     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 154
 155 /*
 156  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 157  * outside of the allocation fast path.
 158  */
 159 static struct callout uma_callout;
 160 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 161
 162 /*
 163  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 164  * a special allocation function just for zones.
 165  */
 166 struct uma_zctor_args {
 167         const char *name;
 168         size_t size;
 169         uma_ctor ctor;
 170         uma_dtor dtor;
 171         uma_init uminit;
 172         uma_fini fini;
 173         uma_import import;
 174         uma_release release;
 175         void *arg;
 176         uma_keg_t keg;
 177         int align;
 178         uint32_t flags;
 179 };
 180
 181 struct uma_kctor_args {
 182         uma_zone_t zone;
 183         size_t size;
 184         uma_init uminit;
 185         uma_fini fini;
 186         int align;
 187         uint32_t flags;
 188 };
 189
 190 struct uma_bucket_zone {
 191         uma_zone_t      ubz_zone;
 192         char            *ubz_name;
 193         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 194         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 195 };
 196
 197 /*
 198  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 199  * of two sizes for more efficient space utilization.
 200  */
 201 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 202     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 203
 204 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 205
 206 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 207         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 208         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 209         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 210         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 211         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 212         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 213         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 214         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 215         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 216         { NULL, NULL, 0}
 217 };
 218
 219 /*
 220  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 221  */
 222 enum zfreeskip {
 223         SKIP_NONE =     0,
 224         SKIP_CNT =      0x00000001,
 225         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 226         SKIP_FINI =     0x00020000,
 227 };
 228
 229 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 230
 231 /* Prototypes.. */
 232
 233 int     uma_startup_count(int);
 234 void    uma_startup(void *, int);
 235 void    uma_startup1(void);
 236 void    uma_startup2(void);
 237
 238 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 239 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 240 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 241 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 242 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 243 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 244 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 245 static void cache_drain(uma_zone_t);
 246 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 247 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 248 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 249 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 250 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 251 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 252 static int zero_init(void *, int, int);
 253 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 254 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 255 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 256 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 257 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
 258 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 259 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 260 static void uma_timeout(void *);
 261 static void uma_startup3(void);
 262 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 263 static void *zone_alloc_item_locked(uma_zone_t, void *, int, int);
 264 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 265 static void bucket_enable(void);
 266 static void bucket_init(void);
 267 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 268 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 269 static void bucket_zone_drain(void);
 270 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int, int);
 271 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 272 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 273 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 274 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 275     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 276 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 277 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 278 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 279
 280 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 281 void uma_print_stats(void);
 282 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 283 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 284
 285 #ifdef INVARIANTS
 286 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 287 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 288 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 289 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 290
 291 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 292     "Memory allocation debugging");
 293
 294 static u_int dbg_divisor = 1;
 295 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 296     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 297     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 298
 299 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 300 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 301 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 302     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 303 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 304     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 305 #endif
 306
 307 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 308
 309 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 310     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 311
 312 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 313     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 314
 315 static int zone_warnings = 1;
 316 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 317     "Warn when UMA zones becomes full");
 318
 319 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 320 static inline void
 321 uma_total_dec(unsigned long size)
 322 {
 323
 324         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 325 }
 326
 327 static inline void
 328 uma_total_inc(unsigned long size)
 329 {
 330
 331         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 332                 uma_reclaim_wakeup();
 333 }
 334
 335 /*
 336  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 337  */
 338 static void
 339 bucket_enable(void)
 340 {
 341         bucketdisable = vm_page_count_min();
 342 }
 343
 344 /*
 345  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 346  *
 347  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 348  * of the header and an array of pointers.
 349  */
 350 static void
 351 bucket_init(void)
 352 {
 353         struct uma_bucket_zone *ubz;
 354         int size;
 355
 356         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 357                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 358                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 359                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 360                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 361                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 362         }
 363 }
 364
 365 /*
 366  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 367  * to allocate the bucket.
 368  */
 369 static struct uma_bucket_zone *
 370 bucket_zone_lookup(int entries)
 371 {
 372         struct uma_bucket_zone *ubz;
 373
 374         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 375                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 376                         return (ubz);
 377         ubz--;
 378         return (ubz);
 379 }
 380
 381 static int
 382 bucket_select(int size)
 383 {
 384         struct uma_bucket_zone *ubz;
 385
 386         ubz = &bucket_zones[0];
 387         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 388                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 389
 390         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 391                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 392                         break;
 393         ubz--;
 394         return (ubz->ubz_entries);
 395 }
 396
 397 static uma_bucket_t
 398 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 399 {
 400         struct uma_bucket_zone *ubz;
 401         uma_bucket_t bucket;
 402
 403         /*
 404          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 405          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 406          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 407          * low memory situations.
 408          */
 409         if (bucketdisable)
 410                 return (NULL);
 411         /*
 412          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 413          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 414          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 415          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 416          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 417          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 418          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 419          * free path.
 420          */
 421         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 422                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 423         else {
 424                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 425                         return (NULL);
 426                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 427         }
 428         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 429                 flags |= M_NOVM;
 430         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 431         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 432                 ubz++;
 433         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 434         if (bucket) {
 435 #ifdef INVARIANTS
 436                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 437 #endif
 438                 bucket->ub_cnt = 0;
 439                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 440         }
 441
 442         return (bucket);
 443 }
 444
 445 static void
 446 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 447 {
 448         struct uma_bucket_zone *ubz;
 449
 450         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 451             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 452         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 453                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 454         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 455         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 456 }
 457
 458 static void
 459 bucket_zone_drain(void)
 460 {
 461         struct uma_bucket_zone *ubz;
 462
 463         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 464                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 465 }
 466
 467 static uma_bucket_t
 468 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
 469 {
 470         uma_bucket_t bucket;
 471
 472         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 473
 474         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 475                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
 476                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 477                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 478                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 479                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 480                 zone->uz_bkt_count -= bucket->ub_cnt;
 481         }
 482         return (bucket);
 483 }
 484
 485 static void
 486 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, uma_bucket_t bucket,
 487     const bool ws)
 488 {
 489
 490         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 491         KASSERT(zone->uz_bkt_count < zone->uz_bkt_max, ("%s: zone %p overflow",
 492             __func__, zone));
 493
 494         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 495         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 496         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
 497                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
 498         zone->uz_bkt_count += bucket->ub_cnt;
 499 }
 500
 501 static void
 502 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 503 {
 504         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 505
 506         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 507                 return;
 508
 509         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 510                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 511 }
 512
 513 static inline void
 514 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 515 {
 516
 517         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 518                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 519 }
 520
 521 /*
 522  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 523  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 524  *
 525  * Arguments:
 526  *      arg   Unused
 527  *
 528  * Returns:
 529  *      Nothing
 530  */
 531 static void
 532 uma_timeout(void *unused)
 533 {
 534         bucket_enable();
 535         zone_foreach(zone_timeout);
 536
 537         /* Reschedule this event */
 538         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 539 }
 540
 541 /*
 542  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 543  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 544  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 545  * last 100s.
 546  */
 547 static void
 548 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 549 {
 550         long wss;
 551
 552         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 553         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 554         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 555         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
 556 }
 557
 558 /*
 559  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 560  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 561  *
 562  *  Returns nothing.
 563  */
 564 static void
 565 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 566 {
 567         uma_keg_t keg = zone->uz_keg;
 568
 569         KEG_LOCK(keg);
 570         /*
 571          * Expand the keg hash table.
 572          *
 573          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 574          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 575          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 576          */
 577         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 578             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 579                 struct uma_hash newhash;
 580                 struct uma_hash oldhash;
 581                 int ret;
 582
 583                 /*
 584                  * This is so involved because allocating and freeing
 585                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 586                  * I have to do everything in stages and check for
 587                  * races.
 588                  */
 589                 newhash = keg->uk_hash;
 590                 KEG_UNLOCK(keg);
 591                 ret = hash_alloc(&newhash);
 592                 KEG_LOCK(keg);
 593                 if (ret) {
 594                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 595                                 oldhash = keg->uk_hash;
 596                                 keg->uk_hash = newhash;
 597                         } else
 598                                 oldhash = newhash;
 599
 600                         KEG_UNLOCK(keg);
 601                         hash_free(&oldhash);
 602                         return;
 603                 }
 604         }
 605
 606         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 607                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
 608
 609         KEG_UNLOCK(keg);
 610 }
 611
 612 /*
 613  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 614  * backing store.
 615  *
 616  * Arguments:
 617  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 618  *
 619  * Returns:
 620  *      1 on success and 0 on failure.
 621  */
 622 static int
 623 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
 624 {
 625         u_int oldsize;
 626         size_t alloc;
 627
 628         oldsize = hash->uh_hashsize;
 629
 630         /* We're just going to go to a power of two greater */
 631         if (oldsize)  {
 632                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
 633                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 634                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 635                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 636         } else {
 637                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 638                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 639                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 640                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 641         }
 642         if (hash->uh_slab_hash) {
 643                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 644                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 645                 return (1);
 646         }
 647
 648         return (0);
 649 }
 650
 651 /*
 652  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 653  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 654  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 655  *
 656  * Arguments:
 657  *      oldhash  The hash you want to expand
 658  *      newhash  The hash structure for the new table
 659  *
 660  * Returns:
 661  *      Nothing
 662  *
 663  * Discussion:
 664  */
 665 static int
 666 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 667 {
 668         uma_slab_t slab;
 669         u_int hval;
 670         u_int idx;
 671
 672         if (!newhash->uh_slab_hash)
 673                 return (0);
 674
 675         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 676                 return (0);
 677
 678         /*
 679          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 680          * full rehash.
 681          */
 682
 683         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
 684                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
 685                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
 686                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[idx], us_hlink);
 687                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 688                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 689                             slab, us_hlink);
 690                 }
 691
 692         return (1);
 693 }
 694
 695 /*
 696  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 697  *
 698  * Arguments:
 699  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 700  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 701  *
 702  * Returns:
 703  *      Nothing
 704  */
 705 static void
 706 hash_free(struct uma_hash *hash)
 707 {
 708         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 709                 return;
 710         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 711                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 712         else
 713                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 714 }
 715
 716 /*
 717  * Frees all outstanding items in a bucket
 718  *
 719  * Arguments:
 720  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 721  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 722  *
 723  * Returns:
 724  *      Nothing
 725  */
 726
 727 static void
 728 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 729 {
 730         int i;
 731
 732         if (bucket == NULL)
 733                 return;
 734
 735         if (zone->uz_fini)
 736                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 737                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 738         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 739         if (zone->uz_max_items > 0) {
 740                 ZONE_LOCK(zone);
 741                 zone->uz_items -= bucket->ub_cnt;
 742                 if (zone->uz_sleepers && zone->uz_items < zone->uz_max_items)
 743                         wakeup_one(zone);
 744                 ZONE_UNLOCK(zone);
 745         }
 746         bucket->ub_cnt = 0;
 747 }
 748
 749 /*
 750  * Drains the per cpu caches for a zone.
 751  *
 752  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 753  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 754  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 755  *
 756  * Arguments:
 757  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 758  *
 759  * Returns:
 760  *      Nothing
 761  */
 762 static void
 763 cache_drain(uma_zone_t zone)
 764 {
 765         uma_cache_t cache;
 766         int cpu;
 767
 768         /*
 769          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 770          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 771          * of the caches at this point.
 772          *
 773          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 774          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 775          *
 776          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 777          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 778          * there in some form?
 779          */
 780         CPU_FOREACH(cpu) {
 781                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 782                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 783                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 784                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 785                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 786                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 787                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 788                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 789         }
 790         ZONE_LOCK(zone);
 791         bucket_cache_drain(zone);
 792         ZONE_UNLOCK(zone);
 793 }
 794
 795 static void
 796 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 797 {
 798
 799         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 800                 return;
 801
 802         ZONE_LOCK(zone);
 803         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 804         ZONE_UNLOCK(zone);
 805 }
 806
 807 static void
 808 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 809 {
 810         uma_cache_t cache;
 811         uma_bucket_t b1, b2;
 812         int domain;
 813
 814         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 815                 return;
 816
 817         b1 = b2 = NULL;
 818         ZONE_LOCK(zone);
 819         critical_enter();
 820         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 821                 domain = PCPU_GET(domain);
 822         else
 823                 domain = 0;
 824         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 825         if (cache->uc_allocbucket) {
 826                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 827                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 828                             cache->uc_allocbucket, false);
 829                 else
 830                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 831                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 832         }
 833         if (cache->uc_freebucket) {
 834                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 835                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 836                             cache->uc_freebucket, false);
 837                 else
 838                         b2 = cache->uc_freebucket;
 839                 cache->uc_freebucket = NULL;
 840         }
 841         critical_exit();
 842         ZONE_UNLOCK(zone);
 843         if (b1)
 844                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 845         if (b2)
 846                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 847 }
 848
 849 /*
 850  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 851  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 852  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 853  * to safely access their cache buckets.
 854  * Zone lock must not be held on call this function.
 855  */
 856 static void
 857 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 858 {
 859         int cpu;
 860
 861         /*
 862          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 863          */
 864         if (zone)
 865                 cache_shrink(zone);
 866         else
 867                 zone_foreach(cache_shrink);
 868
 869         CPU_FOREACH(cpu) {
 870                 thread_lock(curthread);
 871                 sched_bind(curthread, cpu);
 872                 thread_unlock(curthread);
 873
 874                 if (zone)
 875                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 876                 else
 877                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 878         }
 879         thread_lock(curthread);
 880         sched_unbind(curthread);
 881         thread_unlock(curthread);
 882 }
 883
 884 /*
 885  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 886  */
 887 static void
 888 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 889 {
 890         uma_zone_domain_t zdom;
 891         uma_bucket_t bucket;
 892         int i;
 893
 894         /*
 895          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 896          */
 897         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 898                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 899                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
 900                     NULL) {
 901                         ZONE_UNLOCK(zone);
 902                         bucket_drain(zone, bucket);
 903                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 904                         ZONE_LOCK(zone);
 905                 }
 906         }
 907
 908         /*
 909          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 910          * is probably lower then price of global cache drain.
 911          */
 912         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 913                 zone->uz_count--;
 914 }
 915
 916 static void
 917 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 918 {
 919         uint8_t *mem;
 920         int i;
 921         uint8_t flags;
 922
 923         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 924             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 925
 926         mem = slab->us_data;
 927         flags = slab->us_flags;
 928         i = start;
 929         if (keg->uk_fini != NULL) {
 930                 for (i--; i > -1; i--)
 931 #ifdef INVARIANTS
 932                 /*
 933                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 934                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 935                  * which executed trash_dtor.
 936                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 937                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 938                  * invocations.
 939                  */
 940                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 941                     keg->uk_fini != trash_fini)
 942 #endif
 943                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 944                             keg->uk_size);
 945         }
 946         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 947                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 948         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 949         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 950 }
 951
 952 /*
 953  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 954  * the pageout daemon.
 955  *
 956  * Returns nothing.
 957  */
 958 static void
 959 keg_drain(uma_keg_t keg)
 960 {
 961         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 962         uma_domain_t dom;
 963         uma_slab_t slab, tmp;
 964         int i;
 965
 966         /*
 967          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 968          * time
 969          */
 970         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 971                 return;
 972
 973         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 974             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 975         KEG_LOCK(keg);
 976         if (keg->uk_free == 0)
 977                 goto finished;
 978
 979         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 980                 dom = &keg->uk_domain[i];
 981                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 982                         /* We have nowhere to free these to. */
 983                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 984                                 continue;
 985
 986                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
 987                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
 988                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
 989
 990                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
 991                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
 992                                     slab->us_data);
 993
 994                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
 995                 }
 996         }
 997
 998 finished:
 999         KEG_UNLOCK(keg);
1000
1001         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1002                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1003                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1004         }
1005 }
1006
1007 static void
1008 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1009 {
1010
1011         /*
1012          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1013          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1014          * is the only call that knows the structure will still be available
1015          * when it wakes up.
1016          */
1017         ZONE_LOCK(zone);
1018         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1019                 if (waitok == M_NOWAIT)
1020                         goto out;
1021                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1022         }
1023         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1024         bucket_cache_drain(zone);
1025         ZONE_UNLOCK(zone);
1026         /*
1027          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1028          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1029          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1030          */
1031         keg_drain(zone->uz_keg);
1032         ZONE_LOCK(zone);
1033         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1034         wakeup(zone);
1035 out:
1036         ZONE_UNLOCK(zone);
1037 }
1038
1039 void
1040 zone_drain(uma_zone_t zone)
1041 {
1042
1043         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1044 }
1045
1046 /*
1047  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1048  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1049  * otherwise the keg will be left unlocked.
1050  *
1051  * Arguments:
1052  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1053  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1054  *
1055  * Returns:
1056  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1057  *      caller specified M_NOWAIT.
1058  */
1059 static uma_slab_t
1060 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1061     int aflags)
1062 {
1063         uma_alloc allocf;
1064         uma_slab_t slab;
1065         unsigned long size;
1066         uint8_t *mem;
1067         uint8_t sflags;
1068         int i;
1069
1070         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1071             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1072         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
1073         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
1074
1075         allocf = keg->uk_allocf;
1076         KEG_UNLOCK(keg);
1077
1078         slab = NULL;
1079         mem = NULL;
1080         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1081                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, aflags);
1082                 if (slab == NULL)
1083                         goto out;
1084         }
1085
1086         /*
1087          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1088          * first time they are added to a zone.
1089          *
1090          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1091          */
1092
1093         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1094                 aflags |= M_ZERO;
1095         else
1096                 aflags &= ~M_ZERO;
1097
1098         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1099                 aflags |= M_NODUMP;
1100
1101         /* zone is passed for legacy reasons. */
1102         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1103         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1104         if (mem == NULL) {
1105                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1106                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1107                 slab = NULL;
1108                 goto out;
1109         }
1110         uma_total_inc(size);
1111
1112         /* Point the slab into the allocated memory */
1113         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1114                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1115
1116         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1117                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1118                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1119
1120         slab->us_keg = keg;
1121         slab->us_data = mem;
1122         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1123         slab->us_flags = sflags;
1124         slab->us_domain = domain;
1125         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1126 #ifdef INVARIANTS
1127         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1128 #endif
1129
1130         if (keg->uk_init != NULL) {
1131                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1132                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1133                             keg->uk_size, flags) != 0)
1134                                 break;
1135                 if (i != keg->uk_ipers) {
1136                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1137                         slab = NULL;
1138                         goto out;
1139                 }
1140         }
1141         KEG_LOCK(keg);
1142
1143         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1144             slab, keg->uk_name, keg);
1145
1146         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1147                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1148
1149         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1150         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1151
1152 out:
1153         return (slab);
1154 }
1155
1156 /*
1157  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1158  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1159  * the VM is ready.
1160  */
1161 static void *
1162 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1163     int wait)
1164 {
1165         uma_keg_t keg;
1166         void *mem;
1167         int pages;
1168
1169         keg = zone->uz_keg;
1170         /*
1171          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1172          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1173          */
1174         switch (booted) {
1175                 case BOOT_COLD:
1176                 case BOOT_STRAPPED:
1177                         break;
1178                 case BOOT_PAGEALLOC:
1179                         if (keg->uk_ppera > 1)
1180                                 break;
1181                 case BOOT_BUCKETS:
1182                 case BOOT_RUNNING:
1183 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1184                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1185                             page_alloc : uma_small_alloc;
1186 #else
1187                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1188 #endif
1189                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1190         }
1191
1192         /*
1193          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1194          */
1195         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1196         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1197         if (pages > boot_pages)
1198                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1199 #ifdef DIAGNOSTIC
1200         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1201             boot_pages);
1202 #endif
1203         mem = bootmem;
1204         boot_pages -= pages;
1205         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1206         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1207
1208         return (mem);
1209 }
1210
1211 /*
1212  * Allocates a number of pages from the system
1213  *
1214  * Arguments:
1215  *      bytes  The number of bytes requested
1216  *      wait  Shall we wait?
1217  *
1218  * Returns:
1219  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1220  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1221  */
1222 static void *
1223 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1224     int wait)
1225 {
1226         void *p;        /* Returned page */
1227
1228         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1229         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1230
1231         return (p);
1232 }
1233
1234 static void *
1235 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1236     int wait)
1237 {
1238         struct pglist alloctail;
1239         vm_offset_t addr, zkva;
1240         int cpu, flags;
1241         vm_page_t p, p_next;
1242 #ifdef NUMA
1243         struct pcpu *pc;
1244 #endif
1245
1246         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1247
1248         TAILQ_INIT(&alloctail);
1249         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1250             malloc2vm_flags(wait);
1251         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1252         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1253                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1254                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1255                 } else {
1256 #ifndef NUMA
1257                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1258 #else
1259                         pc = pcpu_find(cpu);
1260                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1261                         if (__predict_false(p == NULL))
1262                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1263 #endif
1264                 }
1265                 if (__predict_false(p == NULL))
1266                         goto fail;
1267                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1268         }
1269         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1270                 goto fail;
1271         zkva = addr;
1272         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1273                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1274                 zkva += PAGE_SIZE;
1275         }
1276         return ((void*)addr);
1277  fail:
1278         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1279                 vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1280                 vm_page_free(p);
1281         }
1282         return (NULL);
1283 }
1284
1285 /*
1286  * Allocates a number of pages from within an object
1287  *
1288  * Arguments:
1289  *      bytes  The number of bytes requested
1290  *      wait   Shall we wait?
1291  *
1292  * Returns:
1293  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1294  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1295  */
1296 static void *
1297 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1298     int wait)
1299 {
1300         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1301         u_long npages;
1302         vm_offset_t retkva, zkva;
1303         vm_page_t p, p_next;
1304         uma_keg_t keg;
1305
1306         TAILQ_INIT(&alloctail);
1307         keg = zone->uz_keg;
1308
1309         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1310         while (npages > 0) {
1311                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1312                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1313                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1314                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1315                 if (p != NULL) {
1316                         /*
1317                          * Since the page does not belong to an object, its
1318                          * listq is unused.
1319                          */
1320                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1321                         npages--;
1322                         continue;
1323                 }
1324                 /*
1325                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1326                  * exit.
1327                  */
1328                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1329                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1330                         vm_page_free(p);
1331                 }
1332                 return (NULL);
1333         }
1334         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1335         zkva = keg->uk_kva +
1336             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1337         retkva = zkva;
1338         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1339                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1340                 zkva += PAGE_SIZE;
1341         }
1342
1343         return ((void *)retkva);
1344 }
1345
1346 /*
1347  * Frees a number of pages to the system
1348  *
1349  * Arguments:
1350  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1351  *      size  The size of the memory being freed
1352  *      flags The original p->us_flags field
1353  *
1354  * Returns:
1355  *      Nothing
1356  */
1357 static void
1358 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1359 {
1360
1361         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1362                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1363
1364         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1365 }
1366
1367 /*
1368  * Frees pcpu zone allocations
1369  *
1370  * Arguments:
1371  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1372  *      size  The size of the memory being freed
1373  *      flags The original p->us_flags field
1374  *
1375  * Returns:
1376  *      Nothing
1377  */
1378 static void
1379 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1380 {
1381         vm_offset_t sva, curva;
1382         vm_paddr_t paddr;
1383         vm_page_t m;
1384
1385         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1386         sva = (vm_offset_t)mem;
1387         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1388                 paddr = pmap_kextract(curva);
1389                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1390                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
1391                 vm_page_free(m);
1392         }
1393         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1394         kva_free(sva, size);
1395 }
1396
1397
1398 /*
1399  * Zero fill initializer
1400  *
1401  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1402  */
1403 static int
1404 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1405 {
1406         bzero(mem, size);
1407         return (0);
1408 }
1409
1410 /*
1411  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1412  *
1413  * Arguments
1414  *      keg  The zone we should initialize
1415  *
1416  * Returns
1417  *      Nothing
1418  */
1419 static void
1420 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1421 {
1422         u_int rsize;
1423         u_int memused;
1424         u_int wastedspace;
1425         u_int shsize;
1426         u_int slabsize;
1427
1428         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1429                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1430
1431                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1432                 keg->uk_ppera = ncpus;
1433         } else {
1434                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1435                 keg->uk_ppera = 1;
1436         }
1437
1438         /*
1439          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1440          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1441          * allocation bits for we round it up.
1442          */
1443         rsize = keg->uk_size;
1444         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1445                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1446         if (rsize & keg->uk_align)
1447                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1448         keg->uk_rsize = rsize;
1449
1450         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1451             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1452             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1453
1454         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1455                 shsize = 0;
1456         else
1457                 shsize = SIZEOF_UMA_SLAB;
1458
1459         if (rsize <= slabsize - shsize)
1460                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1461         else {
1462                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1463                  * alignment requirement can be relaxed. */
1464                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1465                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1466                 keg->uk_ipers = 1;
1467         }
1468         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1469             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1470
1471         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1472         wastedspace = slabsize - memused;
1473
1474         /*
1475          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1476          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1477          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1478          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1479          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1480          */
1481         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1482             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1483                 return;
1484
1485         /*
1486          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1487          * this if it permits more items per-slab.
1488          *
1489          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1490          * Historically this was not done because the VM could not
1491          * efficiently handle contiguous allocations.
1492          */
1493         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1494             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1495                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1496                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1497                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1498                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1499                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1500                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1501                     "calculated ipers = %d, "
1502                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1503                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1504                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1505                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1506         }
1507
1508         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1509             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1510                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1511 }
1512
1513 /*
1514  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1515  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1516  * more complicated.
1517  *
1518  * Arguments
1519  *      keg  The keg we should initialize
1520  *
1521  * Returns
1522  *      Nothing
1523  */
1524 static void
1525 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1526 {
1527
1528         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1529         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1530             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1531
1532         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1533         keg->uk_ipers = 1;
1534         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1535
1536         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1537         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0 &&
1538             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < SIZEOF_UMA_SLAB) {
1539                 /*
1540                  * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1541                  * we need an extra page per allocation to contain the
1542                  * slab header.
1543                  */
1544                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1545                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1546                 else
1547                         keg->uk_ppera++;
1548         }
1549
1550         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1551             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1552                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1553 }
1554
1555 static void
1556 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1557 {
1558         int alignsize;
1559         int trailer;
1560         int pages;
1561         int rsize;
1562
1563         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1564             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1565
1566         alignsize = keg->uk_align + 1;
1567         rsize = keg->uk_size;
1568         /*
1569          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1570          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1571          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1572          * would fall on the same boundary every time.
1573          */
1574         if (rsize & keg->uk_align)
1575                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1576         if ((rsize & alignsize) == 0)
1577                 rsize += alignsize;
1578         trailer = rsize - keg->uk_size;
1579         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1580         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1581         keg->uk_rsize = rsize;
1582         keg->uk_ppera = pages;
1583         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1584         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1585         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1586             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1587             keg->uk_ipers));
1588 }
1589
1590 /*
1591  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1592  * the keg onto the global keg list.
1593  *
1594  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1595  *      udata  Actually uma_kctor_args
1596  */
1597 static int
1598 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1599 {
1600         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1601         uma_keg_t keg = mem;
1602         uma_zone_t zone;
1603
1604         bzero(keg, size);
1605         keg->uk_size = arg->size;
1606         keg->uk_init = arg->uminit;
1607         keg->uk_fini = arg->fini;
1608         keg->uk_align = arg->align;
1609         keg->uk_free = 0;
1610         keg->uk_reserve = 0;
1611         keg->uk_pages = 0;
1612         keg->uk_flags = arg->flags;
1613         keg->uk_slabzone = NULL;
1614
1615         /*
1616          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1617          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1618          * iterator is never run.
1619          */
1620         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1621         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1622
1623         /*
1624          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1625          */
1626         zone = arg->zone;
1627         keg->uk_name = zone->uz_name;
1628
1629         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1630                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1631
1632         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1633                 keg->uk_init = zero_init;
1634
1635         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1636                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1637
1638         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1639 #ifdef SMP
1640                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1641 #else
1642                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1643 #endif
1644
1645         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1646                 keg_cachespread_init(keg);
1647         } else {
1648                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1649                         keg_large_init(keg);
1650                 else
1651                         keg_small_init(keg);
1652         }
1653
1654         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1655                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1656
1657         /*
1658          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1659          * startup cache until the vm is ready.
1660          */
1661         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1662                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1663 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1664         else if (keg->uk_ppera == 1)
1665                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1666 #endif
1667         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1668                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1669         else
1670                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1671 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1672         if (keg->uk_ppera == 1)
1673                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1674         else
1675 #endif
1676         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1677                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1678         else
1679                 keg->uk_freef = page_free;
1680
1681         /*
1682          * Initialize keg's lock
1683          */
1684         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1685
1686         /*
1687          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1688          * figure out where in each page it goes.  See SIZEOF_UMA_SLAB
1689          * macro definition.
1690          */
1691         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1692                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - SIZEOF_UMA_SLAB;
1693                 /*
1694                  * The only way the following is possible is if with our
1695                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1696                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1697                  * mathematically possible for all cases, so we make
1698                  * sure here anyway.
1699                  */
1700                 KASSERT(keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab) <=
1701                     PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
1702                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
1703                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
1704         }
1705
1706         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1707                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1708
1709         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1710             keg, zone->uz_name, zone,
1711             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1712             keg->uk_free);
1713
1714         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1715
1716         rw_wlock(&uma_rwlock);
1717         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1718         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1719         return (0);
1720 }
1721
1722 static void
1723 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone)
1724 {
1725
1726         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1727         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1728         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1733  *
1734  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1735  *      udata  Actually uma_zctor_args
1736  */
1737 static int
1738 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1739 {
1740         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1741         uma_zone_t zone = mem;
1742         uma_zone_t z;
1743         uma_keg_t keg;
1744
1745         bzero(zone, size);
1746         zone->uz_name = arg->name;
1747         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1748         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1749         zone->uz_init = NULL;
1750         zone->uz_fini = NULL;
1751         zone->uz_sleeps = 0;
1752         zone->uz_count = 0;
1753         zone->uz_count_min = 0;
1754         zone->uz_count_max = BUCKET_MAX;
1755         zone->uz_flags = 0;
1756         zone->uz_warning = NULL;
1757         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1758         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1759         zone->uz_bkt_max = ULONG_MAX;
1760         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1761
1762         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1763                 zone_alloc_counters(zone);
1764         else {
1765                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
1766                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
1767                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
1768         }
1769
1770         /*
1771          * This is a pure cache zone, no kegs.
1772          */
1773         if (arg->import) {
1774                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1775                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1776                 zone->uz_flags = arg->flags;
1777                 zone->uz_size = arg->size;
1778                 zone->uz_import = arg->import;
1779                 zone->uz_release = arg->release;
1780                 zone->uz_arg = arg->arg;
1781                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1782                 ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1783                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1784                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1785                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1786                 goto out;
1787         }
1788
1789         /*
1790          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1791          */
1792         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1793         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1794         zone->uz_arg = zone;
1795         keg = arg->keg;
1796
1797         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1798                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1799                 zone->uz_init = arg->uminit;
1800                 zone->uz_fini = arg->fini;
1801                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1802                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1803                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1804                 ZONE_LOCK(zone);
1805                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1806                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1807                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1808                                 break;
1809                         }
1810                 }
1811                 ZONE_UNLOCK(zone);
1812                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1813         } else if (keg == NULL) {
1814                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1815                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1816                         return (ENOMEM);
1817         } else {
1818                 struct uma_kctor_args karg;
1819                 int error;
1820
1821                 /* We should only be here from uma_startup() */
1822                 karg.size = arg->size;
1823                 karg.uminit = arg->uminit;
1824                 karg.fini = arg->fini;
1825                 karg.align = arg->align;
1826                 karg.flags = arg->flags;
1827                 karg.zone = zone;
1828                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1829                     flags);
1830                 if (error)
1831                         return (error);
1832         }
1833
1834         zone->uz_keg = keg;
1835         zone->uz_size = keg->uk_size;
1836         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1837             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1838
1839         /*
1840          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1841          * caches.  If we're internal, bail out here.
1842          */
1843         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1844                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1845                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1846                 return (0);
1847         }
1848
1849 out:
1850         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1851             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1852             ("Invalid zone flag combination"));
1853         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1854                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1855         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1856                 zone->uz_count = 0;
1857         else
1858                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1859         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1860
1861         return (0);
1862 }
1863
1864 /*
1865  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1866  * table and removes the keg from the global list.
1867  *
1868  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1869  *      udata  unused
1870  */
1871 static void
1872 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1873 {
1874         uma_keg_t keg;
1875
1876         keg = (uma_keg_t)arg;
1877         KEG_LOCK(keg);
1878         if (keg->uk_free != 0) {
1879                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1880                     " Lost %d pages of memory.\n",
1881                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1882                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1883         }
1884         KEG_UNLOCK(keg);
1885
1886         hash_free(&keg->uk_hash);
1887
1888         KEG_LOCK_FINI(keg);
1889 }
1890
1891 /*
1892  * Zone header dtor.
1893  *
1894  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1895  *      udata  unused
1896  */
1897 static void
1898 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1899 {
1900         uma_zone_t zone;
1901         uma_keg_t keg;
1902
1903         zone = (uma_zone_t)arg;
1904
1905         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1906                 cache_drain(zone);
1907
1908         rw_wlock(&uma_rwlock);
1909         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1910         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1911         /*
1912          * XXX there are some races here where
1913          * the zone can be drained but zone lock
1914          * released and then refilled before we
1915          * remove it... we dont care for now
1916          */
1917         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1918         /*
1919          * We only destroy kegs from non secondary/non cache zones.
1920          */
1921         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
1922                 keg = zone->uz_keg;
1923                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1924                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1925                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1926                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1927         }
1928         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
1929         counter_u64_free(zone->uz_frees);
1930         counter_u64_free(zone->uz_fails);
1931         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
1932                 ZONE_LOCK_FINI(zone);
1933 }
1934
1935 /*
1936  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1937  *
1938  * Arguments:
1939  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1940  *              as an argument.
1941  *
1942  * Returns:
1943  *      Nothing
1944  */
1945 static void
1946 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1947 {
1948         uma_keg_t keg;
1949         uma_zone_t zone;
1950
1951         /*
1952          * Before BOOT_RUNNING we are guaranteed to be single
1953          * threaded, so locking isn't needed. Startup functions
1954          * are allowed to use M_WAITOK.
1955          */
1956         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1957                 rw_rlock(&uma_rwlock);
1958         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1959                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1960                         zfunc(zone);
1961         }
1962         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1963                 rw_runlock(&uma_rwlock);
1964 }
1965
1966 /*
1967  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1968  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1969  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1970  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1971  */
1972 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1973 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1974 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1975 static int zsize, ksize;
1976 int
1977 uma_startup_count(int vm_zones)
1978 {
1979         int zones, pages;
1980
1981         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
1982             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
1983         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
1984             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
1985             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
1986
1987         /*
1988          * Memory for the zone of kegs and its keg,
1989          * and for zone of zones.
1990          */
1991         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
1992             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
1993
1994 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
1995         zones = UMA_BOOT_ZONES;
1996 #else
1997         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
1998         vm_zones = 0;
1999 #endif
2000
2001         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
2002         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE) {
2003                 /* See keg_large_init(). */
2004                 u_int ppera;
2005
2006                 ppera = howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), PAGE_SIZE);
2007                 if (PAGE_SIZE * ppera - roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) <
2008                     SIZEOF_UMA_SLAB)
2009                         ppera++;
2010                 pages += (zones + vm_zones) * ppera;
2011         } else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
2012                 /* See keg_small_init() special case for uk_ppera = 1. */
2013                 pages += zones;
2014         else
2015                 pages += howmany(zones,
2016                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
2017
2018         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
2019         pages += howmany(zones + 1,
2020             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
2021
2022         /*
2023          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
2024          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
2025          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
2026          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2027          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2028          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2029          */
2030         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2031             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2032
2033         return (pages);
2034 }
2035
2036 void
2037 uma_startup(void *mem, int npages)
2038 {
2039         struct uma_zctor_args args;
2040         uma_keg_t masterkeg;
2041         uintptr_t m;
2042
2043 #ifdef DIAGNOSTIC
2044         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2045 #endif
2046
2047         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2048
2049         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2050         m = (uintptr_t)mem;
2051         zones = (uma_zone_t)m;
2052         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2053         kegs = (uma_zone_t)m;
2054         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2055         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2056         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2057         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2058         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2059         mem = (void *)m;
2060
2061         /* "manually" create the initial zone */
2062         memset(&args, 0, sizeof(args));
2063         args.name = "UMA Kegs";
2064         args.size = ksize;
2065         args.ctor = keg_ctor;
2066         args.dtor = keg_dtor;
2067         args.uminit = zero_init;
2068         args.fini = NULL;
2069         args.keg = masterkeg;
2070         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2071         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2072         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2073
2074         bootmem = mem;
2075         boot_pages = npages;
2076
2077         args.name = "UMA Zones";
2078         args.size = zsize;
2079         args.ctor = zone_ctor;
2080         args.dtor = zone_dtor;
2081         args.uminit = zero_init;
2082         args.fini = NULL;
2083         args.keg = NULL;
2084         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2085         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2086         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2087
2088         /* Now make a zone for slab headers */
2089         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2090                                 sizeof(struct uma_slab),
2091                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2092                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2093
2094         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2095             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2096             NULL, NULL, NULL, NULL,
2097             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2098
2099         bucket_init();
2100
2101         booted = BOOT_STRAPPED;
2102 }
2103
2104 void
2105 uma_startup1(void)
2106 {
2107
2108 #ifdef DIAGNOSTIC
2109         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2110 #endif
2111         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2112 }
2113
2114 void
2115 uma_startup2(void)
2116 {
2117
2118 #ifdef DIAGNOSTIC
2119         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2120 #endif
2121         booted = BOOT_BUCKETS;
2122         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2123         bucket_enable();
2124 }
2125
2126 /*
2127  * Initialize our callout handle
2128  *
2129  */
2130 static void
2131 uma_startup3(void)
2132 {
2133
2134 #ifdef INVARIANTS
2135         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2136         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2137         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2138 #endif
2139         zone_foreach(zone_alloc_counters);
2140         callout_init(&uma_callout, 1);
2141         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2142         booted = BOOT_RUNNING;
2143 }
2144
2145 static uma_keg_t
2146 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2147                 int align, uint32_t flags)
2148 {
2149         struct uma_kctor_args args;
2150
2151         args.size = size;
2152         args.uminit = uminit;
2153         args.fini = fini;
2154         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2155         args.flags = flags;
2156         args.zone = zone;
2157         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2158 }
2159
2160 /* Public functions */
2161 /* See uma.h */
2162 void
2163 uma_set_align(int align)
2164 {
2165
2166         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2167                 uma_align_cache = align;
2168 }
2169
2170 /* See uma.h */
2171 uma_zone_t
2172 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2173                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2174
2175 {
2176         struct uma_zctor_args args;
2177         uma_zone_t res;
2178         bool locked;
2179
2180         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2181             align, name));
2182
2183         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2184         memset(&args, 0, sizeof(args));
2185         args.name = name;
2186         args.size = size;
2187         args.ctor = ctor;
2188         args.dtor = dtor;
2189         args.uminit = uminit;
2190         args.fini = fini;
2191 #ifdef  INVARIANTS
2192         /*
2193          * If a zone is being created with an empty constructor and
2194          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2195          * memory use after free.
2196          */
2197         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2198             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2199                 args.ctor = trash_ctor;
2200                 args.dtor = trash_dtor;
2201                 args.uminit = trash_init;
2202                 args.fini = trash_fini;
2203         }
2204 #endif
2205         args.align = align;
2206         args.flags = flags;
2207         args.keg = NULL;
2208
2209         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2210                 locked = false;
2211         } else {
2212                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2213                 locked = true;
2214         }
2215         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2216         if (locked)
2217                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2218         return (res);
2219 }
2220
2221 /* See uma.h */
2222 uma_zone_t
2223 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2224                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2225 {
2226         struct uma_zctor_args args;
2227         uma_keg_t keg;
2228         uma_zone_t res;
2229         bool locked;
2230
2231         keg = master->uz_keg;
2232         memset(&args, 0, sizeof(args));
2233         args.name = name;
2234         args.size = keg->uk_size;
2235         args.ctor = ctor;
2236         args.dtor = dtor;
2237         args.uminit = zinit;
2238         args.fini = zfini;
2239         args.align = keg->uk_align;
2240         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2241         args.keg = keg;
2242
2243         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2244                 locked = false;
2245         } else {
2246                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2247                 locked = true;
2248         }
2249         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2250         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2251         if (locked)
2252                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2253         return (res);
2254 }
2255
2256 /* See uma.h */
2257 uma_zone_t
2258 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2259                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2260                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2261 {
2262         struct uma_zctor_args args;
2263
2264         memset(&args, 0, sizeof(args));
2265         args.name = name;
2266         args.size = size;
2267         args.ctor = ctor;
2268         args.dtor = dtor;
2269         args.uminit = zinit;
2270         args.fini = zfini;
2271         args.import = zimport;
2272         args.release = zrelease;
2273         args.arg = arg;
2274         args.align = 0;
2275         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
2276
2277         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2278 }
2279
2280 /* See uma.h */
2281 void
2282 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2283 {
2284
2285         sx_slock(&uma_drain_lock);
2286         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2287         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2288 }
2289
2290 void
2291 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2292 {
2293         void *item;
2294
2295         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2296         uma_zfree(zone, item);
2297 }
2298
2299 void *
2300 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2301 {
2302         void *item;
2303 #ifdef SMP
2304         int i;
2305
2306         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2307 #endif
2308         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2309         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2310 #ifdef SMP
2311                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2312                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2313 #else
2314                 bzero(item, zone->uz_size);
2315 #endif
2316         }
2317         return (item);
2318 }
2319
2320 /*
2321  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2322  */
2323 void
2324 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2325 {
2326
2327 #ifdef SMP
2328         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2329 #endif
2330         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2331 }
2332
2333 /* See uma.h */
2334 void *
2335 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2336 {
2337         uma_zone_domain_t zdom;
2338         uma_bucket_t bucket;
2339         uma_cache_t cache;
2340         void *item;
2341         int cpu, domain, lockfail, maxbucket;
2342 #ifdef INVARIANTS
2343         bool skipdbg;
2344 #endif
2345
2346         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2347         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2348
2349         /* This is the fast path allocation */
2350         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2351             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2352
2353         if (flags & M_WAITOK) {
2354                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2355                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2356         }
2357         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2358         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2359             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2360         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2361                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2362                     "with M_ZERO passed"));
2363
2364 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2365         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2366                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2367                 if (item != NULL) {
2368                         if (zone->uz_init != NULL &&
2369                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2370                                 return (NULL);
2371                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2372                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2373                             flags) != 0) {
2374                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2375                                 return (NULL);
2376                         }
2377                         return (item);
2378                 }
2379                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2380         }
2381 #endif
2382         /*
2383          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2384          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2385          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2386          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2387          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2388          * preemption and migration.  We release the critical section in
2389          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2390          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2391          * must detect and handle migration if it has occurred.
2392          */
2393 zalloc_restart:
2394         critical_enter();
2395         cpu = curcpu;
2396         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2397
2398 zalloc_start:
2399         bucket = cache->uc_allocbucket;
2400         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2401                 bucket->ub_cnt--;
2402                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2403 #ifdef INVARIANTS
2404                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2405 #endif
2406                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2407                 cache->uc_allocs++;
2408                 critical_exit();
2409 #ifdef INVARIANTS
2410                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2411 #endif
2412                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2413 #ifdef INVARIANTS
2414                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2415                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2416 #endif
2417                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2418                         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2419                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2420                         return (NULL);
2421                 }
2422 #ifdef INVARIANTS
2423                 if (!skipdbg)
2424                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2425 #endif
2426                 if (flags & M_ZERO)
2427                         uma_zero_item(item, zone);
2428                 return (item);
2429         }
2430
2431         /*
2432          * We have run out of items in our alloc bucket.
2433          * See if we can switch with our free bucket.
2434          */
2435         bucket = cache->uc_freebucket;
2436         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2437                 CTR2(KTR_UMA,
2438                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2439                     zone->uz_name, zone);
2440                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2441                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2442                 goto zalloc_start;
2443         }
2444
2445         /*
2446          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2447          */
2448         bucket = cache->uc_allocbucket;
2449         cache->uc_allocbucket = NULL;
2450         critical_exit();
2451         if (bucket != NULL)
2452                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2453
2454         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2455                 domain = PCPU_GET(domain);
2456                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2457                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2458         } else
2459                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2460
2461         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2462         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable) {
2463                 ZONE_LOCK(zone);
2464                 goto zalloc_item;
2465         }
2466
2467         /*
2468          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2469          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2470          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2471          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2472          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2473          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2474          * the critical section.
2475          */
2476         lockfail = 0;
2477         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2478                 /* Record contention to size the buckets. */
2479                 ZONE_LOCK(zone);
2480                 lockfail = 1;
2481         }
2482         critical_enter();
2483         cpu = curcpu;
2484         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2485
2486         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2487         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2488                 ZONE_UNLOCK(zone);
2489                 goto zalloc_start;
2490         }
2491
2492         /*
2493          * Check the zone's cache of buckets.
2494          */
2495         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2496                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2497         else
2498                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2499         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2500                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2501                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2502                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2503                 ZONE_UNLOCK(zone);
2504                 goto zalloc_start;
2505         }
2506         /* We are no longer associated with this CPU. */
2507         critical_exit();
2508
2509         /*
2510          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2511          * handle the working set.
2512          */
2513         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
2514                 zone->uz_count++;
2515
2516         if (zone->uz_max_items > 0) {
2517                 if (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2518                         goto zalloc_item;
2519                 maxbucket = MIN(zone->uz_count,
2520                     zone->uz_max_items - zone->uz_items);
2521                 zone->uz_items += maxbucket;
2522         } else
2523                 maxbucket = zone->uz_count;
2524         ZONE_UNLOCK(zone);
2525
2526         /*
2527          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2528          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2529          * will use the just filled bucket.
2530          */
2531         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags, maxbucket);
2532         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2533             zone->uz_name, zone, bucket);
2534         ZONE_LOCK(zone);
2535         if (bucket != NULL) {
2536                 if (zone->uz_max_items > 0 && bucket->ub_cnt < maxbucket) {
2537                         MPASS(zone->uz_items >= maxbucket - bucket->ub_cnt);
2538                         zone->uz_items -= maxbucket - bucket->ub_cnt;
2539                         if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2540                             zone->uz_items < zone->uz_max_items)
2541                                 wakeup_one(zone);
2542                 }
2543                 critical_enter();
2544                 cpu = curcpu;
2545                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2546
2547                 /*
2548                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2549                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2550                  * the memory directly.
2551                  */
2552                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2553                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2554                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2555                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2556                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2557                 } else if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
2558                         critical_exit();
2559                         ZONE_UNLOCK(zone);
2560                         bucket_drain(zone, bucket);
2561                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2562                         goto zalloc_restart;
2563                 } else
2564                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2565                 ZONE_UNLOCK(zone);
2566                 goto zalloc_start;
2567         } else if (zone->uz_max_items > 0) {
2568                 zone->uz_items -= maxbucket;
2569                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2570                     zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2571                         wakeup_one(zone);
2572         }
2573
2574         /*
2575          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2576          */
2577 zalloc_item:
2578         item = zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags);
2579
2580         return (item);
2581 }
2582
2583 void *
2584 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2585 {
2586
2587         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2588         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2589
2590         /* This is the fast path allocation */
2591         CTR5(KTR_UMA,
2592             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2593             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2594
2595         if (flags & M_WAITOK) {
2596                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2597                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2598         }
2599         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2600             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2601
2602         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2603 }
2604
2605 /*
2606  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2607  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2608  *
2609  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2610  * only 'domain'.
2611  */
2612 static uma_slab_t
2613 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2614 {
2615         uma_domain_t dom;
2616         uma_slab_t slab;
2617         int start;
2618
2619         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2620             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2621         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2622
2623         slab = NULL;
2624         start = domain;
2625         do {
2626                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2627                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2628                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2629                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2630                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2631                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2632                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2633                         return (slab);
2634                 }
2635                 if (rr)
2636                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2637         } while (domain != start);
2638
2639         return (NULL);
2640 }
2641
2642 static uma_slab_t
2643 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2644 {
2645         uint32_t reserve;
2646
2647         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2648
2649         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2650         if (keg->uk_free <= reserve)
2651                 return (NULL);
2652         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2653 }
2654
2655 static uma_slab_t
2656 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2657 {
2658         struct vm_domainset_iter di;
2659         uma_domain_t dom;
2660         uma_slab_t slab;
2661         int aflags, domain;
2662         bool rr;
2663
2664 restart:
2665         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2666
2667         /*
2668          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2669          * domain (as happens with first-touch zones).
2670          *
2671          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2672          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2673          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2674          */
2675         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2676         if (rr) {
2677                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2678                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2679                     &aflags);
2680         } else {
2681                 aflags = flags;
2682                 domain = rdomain;
2683         }
2684
2685         for (;;) {
2686                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2687                 if (slab != NULL) {
2688                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2689                         return (slab);
2690                 }
2691
2692                 /*
2693                  * M_NOVM means don't ask at all!
2694                  */
2695                 if (flags & M_NOVM)
2696                         break;
2697
2698                 KASSERT(zone->uz_max_items == 0 ||
2699                     zone->uz_items <= zone->uz_max_items,
2700                     ("%s: zone %p overflow", __func__, zone));
2701
2702                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
2703                 /*
2704                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2705                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2706                  * at least one item.
2707                  */
2708                 if (slab) {
2709                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2710                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2711                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2712                         return (slab);
2713                 }
2714                 KEG_LOCK(keg);
2715                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2716                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2717                                 KEG_UNLOCK(keg);
2718                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2719                                 KEG_LOCK(keg);
2720                                 goto restart;
2721                         }
2722                         break;
2723                 }
2724         }
2725
2726         /*
2727          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2728          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2729          * fail.
2730          */
2731         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2732                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2733                 return (slab);
2734         }
2735         return (NULL);
2736 }
2737
2738 static uma_slab_t
2739 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2740 {
2741         uma_slab_t slab;
2742
2743         if (keg == NULL) {
2744                 keg = zone->uz_keg;
2745                 KEG_LOCK(keg);
2746         }
2747
2748         for (;;) {
2749                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2750                 if (slab)
2751                         return (slab);
2752                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2753                         break;
2754         }
2755         KEG_UNLOCK(keg);
2756         return (NULL);
2757 }
2758
2759 static void *
2760 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2761 {
2762         uma_domain_t dom;
2763         void *item;
2764         uint8_t freei;
2765
2766         MPASS(keg == slab->us_keg);
2767         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2768
2769         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2770         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2771         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2772         slab->us_freecount--;
2773         keg->uk_free--;
2774
2775         /* Move this slab to the full list */
2776         if (slab->us_freecount == 0) {
2777                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2778                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2779                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2780         }
2781
2782         return (item);
2783 }
2784
2785 static int
2786 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2787 {
2788         uma_slab_t slab;
2789         uma_keg_t keg;
2790 #ifdef NUMA
2791         int stripe;
2792 #endif
2793         int i;
2794
2795         slab = NULL;
2796         keg = NULL;
2797         /* Try to keep the buckets totally full */
2798         for (i = 0; i < max; ) {
2799                 if ((slab = zone_fetch_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2800                         break;
2801                 keg = slab->us_keg;
2802 #ifdef NUMA
2803                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2804 #endif
2805                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2806                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2807                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2808                                 break;
2809 #ifdef NUMA
2810                         /*
2811                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2812                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2813                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2814                          * than stripe within each bucket.  The current option
2815                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2816                          * time but yields better distribution.
2817                          */
2818                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2819                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2820                                 break;
2821 #endif
2822                 }
2823                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2824                 flags &= ~M_WAITOK;
2825                 flags |= M_NOWAIT;
2826         }
2827         if (slab != NULL)
2828                 KEG_UNLOCK(keg);
2829
2830         return i;
2831 }
2832
2833 static uma_bucket_t
2834 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags, int max)
2835 {
2836         uma_bucket_t bucket;
2837
2838         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
2839
2840         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2841         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2842         if (bucket == NULL)
2843                 return (NULL);
2844
2845         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2846             MIN(max, bucket->ub_entries), domain, flags);
2847
2848         /*
2849          * Initialize the memory if necessary.
2850          */
2851         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2852                 int i;
2853
2854                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2855                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2856                             flags) != 0)
2857                                 break;
2858                 /*
2859                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2860                  * rest back onto the freelist.
2861                  */
2862                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2863                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2864                             bucket->ub_cnt - i);
2865 #ifdef INVARIANTS
2866                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2867                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2868 #endif
2869                         bucket->ub_cnt = i;
2870                 }
2871         }
2872
2873         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2874                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2875                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2876                 return (NULL);
2877         }
2878
2879         return (bucket);
2880 }
2881
2882 /*
2883  * Allocates a single item from a zone.
2884  *
2885  * Arguments
2886  *      zone   The zone to alloc for.
2887  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2888  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
2889  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2890  *
2891  * Returns
2892  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2893  *      An item if successful
2894  */
2895
2896 static void *
2897 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2898 {
2899
2900         ZONE_LOCK(zone);
2901         return (zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags));
2902 }
2903
2904 /*
2905  * Returns with zone unlocked.
2906  */
2907 static void *
2908 zone_alloc_item_locked(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2909 {
2910         void *item;
2911 #ifdef INVARIANTS
2912         bool skipdbg;
2913 #endif
2914
2915         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
2916
2917         if (zone->uz_max_items > 0) {
2918                 if (zone->uz_items >= zone->uz_max_items) {
2919                         zone_log_warning(zone);
2920                         zone_maxaction(zone);
2921                         if (flags & M_NOWAIT) {
2922                                 ZONE_UNLOCK(zone);
2923                                 return (NULL);
2924                         }
2925                         zone->uz_sleeps++;
2926                         zone->uz_sleepers++;
2927                         while (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2928                                 mtx_sleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2929                                     "zonelimit", 0);
2930                         zone->uz_sleepers--;
2931                         if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2932                             zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2933                                 wakeup_one(zone);
2934                 }
2935                 zone->uz_items++;
2936         }
2937         ZONE_UNLOCK(zone);
2938
2939         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
2940                 /* avoid allocs targeting empty domains */
2941                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2942                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2943         }
2944         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
2945                 goto fail;
2946
2947 #ifdef INVARIANTS
2948         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2949 #endif
2950         /*
2951          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2952          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2953          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2954          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2955          */
2956         if (zone->uz_init != NULL) {
2957                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2958                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
2959                         goto fail;
2960                 }
2961         }
2962         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2963 #ifdef INVARIANTS
2964             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2965             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2966 #endif
2967             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2968                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2969                 goto fail;
2970         }
2971 #ifdef INVARIANTS
2972         if (!skipdbg)
2973                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2974 #endif
2975         if (flags & M_ZERO)
2976                 uma_zero_item(item, zone);
2977
2978         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
2979         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
2980             zone->uz_name, zone);
2981
2982         return (item);
2983
2984 fail:
2985         if (zone->uz_max_items > 0) {
2986                 ZONE_LOCK(zone);
2987                 zone->uz_items--;
2988                 ZONE_UNLOCK(zone);
2989         }
2990         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2991         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
2992             zone->uz_name, zone);
2993         return (NULL);
2994 }
2995
2996 /* See uma.h */
2997 void
2998 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2999 {
3000         uma_cache_t cache;
3001         uma_bucket_t bucket;
3002         uma_zone_domain_t zdom;
3003         int cpu, domain;
3004         bool lockfail;
3005 #ifdef INVARIANTS
3006         bool skipdbg;
3007 #endif
3008
3009         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3010         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3011
3012         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3013             zone->uz_name);
3014
3015         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3016             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3017
3018         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3019         if (item == NULL)
3020                 return;
3021 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3022         if (is_memguard_addr(item)) {
3023                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3024                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3025                 if (zone->uz_fini != NULL)
3026                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3027                 memguard_free(item);
3028                 return;
3029         }
3030 #endif
3031 #ifdef INVARIANTS
3032         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3033         if (skipdbg == false) {
3034                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3035                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3036                 else
3037                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3038         }
3039         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3040             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3041 #else
3042         if (zone->uz_dtor != NULL)
3043 #endif
3044                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3045
3046         /*
3047          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3048          * a little longer for the limits to be reset.
3049          */
3050         if (zone->uz_sleepers > 0)
3051                 goto zfree_item;
3052
3053         /*
3054          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3055          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3056          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3057          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3058          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3059          * preemption and migration.  We release the critical section in
3060          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3061          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3062          * detect and handle migration if it has occurred.
3063          */
3064 zfree_restart:
3065         critical_enter();
3066         cpu = curcpu;
3067         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3068
3069 zfree_start:
3070         /*
3071          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3072          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3073          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3074          */
3075         bucket = cache->uc_allocbucket;
3076         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3077                 bucket = cache->uc_freebucket;
3078         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3079                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3080                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3081                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3082                 bucket->ub_cnt++;
3083                 cache->uc_frees++;
3084                 critical_exit();
3085                 return;
3086         }
3087
3088         /*
3089          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3090          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3091          * section.  Since the critical section is released, we may be
3092          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3093          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3094          * the critical section.
3095          */
3096         critical_exit();
3097         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3098                 goto zfree_item;
3099
3100         lockfail = false;
3101         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3102                 /* Record contention to size the buckets. */
3103                 ZONE_LOCK(zone);
3104                 lockfail = true;
3105         }
3106         critical_enter();
3107         cpu = curcpu;
3108         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3109
3110         bucket = cache->uc_freebucket;
3111         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3112                 ZONE_UNLOCK(zone);
3113                 goto zfree_start;
3114         }
3115         cache->uc_freebucket = NULL;
3116         /* We are no longer associated with this CPU. */
3117         critical_exit();
3118
3119         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3120                 domain = PCPU_GET(domain);
3121                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3122                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3123         } else
3124                 domain = 0;
3125         zdom = &zone->uz_domain[0];
3126
3127         /* Can we throw this on the zone full list? */
3128         if (bucket != NULL) {
3129                 CTR3(KTR_UMA,
3130                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3131                     zone->uz_name, zone, bucket);
3132                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3133                 KASSERT(bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
3134                     ("uma_zfree: Attempting to insert not full bucket onto the full list.\n"));
3135                 if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
3136                         ZONE_UNLOCK(zone);
3137                         bucket_drain(zone, bucket);
3138                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3139                         goto zfree_restart;
3140                 } else
3141                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3142         }
3143
3144         /*
3145          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3146          * handle the working set.
3147          */
3148         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
3149                 zone->uz_count++;
3150         ZONE_UNLOCK(zone);
3151
3152         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3153         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3154             zone->uz_name, zone, bucket);
3155         if (bucket) {
3156                 critical_enter();
3157                 cpu = curcpu;
3158                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3159                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3160                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3161                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3162                         cache->uc_freebucket = bucket;
3163                         goto zfree_start;
3164                 }
3165                 /*
3166                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3167                  * critical section to free the bucket.
3168                  */
3169                 critical_exit();
3170                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3171                 goto zfree_restart;
3172         }
3173
3174         /*
3175          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3176          */
3177 zfree_item:
3178         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3179 }
3180
3181 void
3182 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3183 {
3184
3185         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3186         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3187
3188         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3189             zone->uz_name);
3190
3191         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3192             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3193
3194         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3195         if (item == NULL)
3196                 return;
3197         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3198 }
3199
3200 static void
3201 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3202 {
3203         uma_keg_t keg;
3204         uma_domain_t dom;
3205         uint8_t freei;
3206
3207         keg = zone->uz_keg;
3208         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
3209         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
3210         MPASS(keg == slab->us_keg);
3211
3212         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3213
3214         /* Do we need to remove from any lists? */
3215         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3216                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3217                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3218         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3219                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3220                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3221         }
3222
3223         /* Slab management. */
3224         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3225         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3226         slab->us_freecount++;
3227
3228         /* Keg statistics. */
3229         keg->uk_free++;
3230 }
3231
3232 static void
3233 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3234 {
3235         void *item;
3236         uma_slab_t slab;
3237         uma_keg_t keg;
3238         uint8_t *mem;
3239         int i;
3240
3241         keg = zone->uz_keg;
3242         KEG_LOCK(keg);
3243         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3244                 item = bucket[i];
3245                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3246                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3247                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3248                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3249                         } else {
3250                                 mem += keg->uk_pgoff;
3251                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3252                         }
3253                 } else {
3254                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3255                         MPASS(slab->us_keg == keg);
3256                 }
3257                 slab_free_item(zone, slab, item);
3258         }
3259         KEG_UNLOCK(keg);
3260 }
3261
3262 /*
3263  * Frees a single item to any zone.
3264  *
3265  * Arguments:
3266  *      zone   The zone to free to
3267  *      item   The item we're freeing
3268  *      udata  User supplied data for the dtor
3269  *      skip   Skip dtors and finis
3270  */
3271 static void
3272 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3273 {
3274 #ifdef INVARIANTS
3275         bool skipdbg;
3276
3277         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3278         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3279                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3280                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3281                 else
3282                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3283         }
3284
3285         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3286             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3287             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3288 #else
3289         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3290 #endif
3291                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3292
3293         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3294                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3295
3296         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3297
3298         if (skip & SKIP_CNT)
3299                 return;
3300
3301         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
3302
3303         if (zone->uz_max_items > 0) {
3304                 ZONE_LOCK(zone);
3305                 zone->uz_items--;
3306                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
3307                     zone->uz_items < zone->uz_max_items)
3308                         wakeup_one(zone);
3309                 ZONE_UNLOCK(zone);
3310         }
3311 }
3312
3313 /* See uma.h */
3314 int
3315 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3316 {
3317         struct uma_bucket_zone *ubz;
3318
3319         /*
3320          * If limit is very low we may need to limit how
3321          * much items are allowed in CPU caches.
3322          */
3323         ubz = &bucket_zones[0];
3324         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
3325                 if (ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus > nitems)
3326                         break;
3327         if (ubz == &bucket_zones[0])
3328                 nitems = ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus;
3329         else
3330                 ubz--;
3331
3332         ZONE_LOCK(zone);
3333         zone->uz_count_max = zone->uz_count = ubz->ubz_entries;
3334         if (zone->uz_count_min > zone->uz_count_max)
3335                 zone->uz_count_min = zone->uz_count_max;
3336         zone->uz_max_items = nitems;
3337         ZONE_UNLOCK(zone);
3338
3339         return (nitems);
3340 }
3341
3342 /* See uma.h */
3343 int
3344 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
3345 {
3346
3347         ZONE_LOCK(zone);
3348         zone->uz_bkt_max = nitems;
3349         ZONE_UNLOCK(zone);
3350
3351         return (nitems);
3352 }
3353
3354 /* See uma.h */
3355 int
3356 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3357 {
3358         int nitems;
3359
3360         ZONE_LOCK(zone);
3361         nitems = zone->uz_max_items;
3362         ZONE_UNLOCK(zone);
3363
3364         return (nitems);
3365 }
3366
3367 /* See uma.h */
3368 void
3369 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3370 {
3371
3372         ZONE_LOCK(zone);
3373         zone->uz_warning = warning;
3374         ZONE_UNLOCK(zone);
3375 }
3376
3377 /* See uma.h */
3378 void
3379 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3380 {
3381
3382         ZONE_LOCK(zone);
3383         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3384         ZONE_UNLOCK(zone);
3385 }
3386
3387 /* See uma.h */
3388 int
3389 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3390 {
3391         int64_t nitems;
3392         u_int i;
3393
3394         ZONE_LOCK(zone);
3395         nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
3396             counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
3397         CPU_FOREACH(i) {
3398                 /*
3399                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3400                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3401                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3402                  */
3403                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3404                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3405         }
3406         ZONE_UNLOCK(zone);
3407
3408         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3409 }
3410
3411 /* See uma.h */
3412 void
3413 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3414 {
3415         uma_keg_t keg;
3416
3417         KEG_GET(zone, keg);
3418         KEG_LOCK(keg);
3419         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3420             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3421         keg->uk_init = uminit;
3422         KEG_UNLOCK(keg);
3423 }
3424
3425 /* See uma.h */
3426 void
3427 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3428 {
3429         uma_keg_t keg;
3430
3431         KEG_GET(zone, keg);
3432         KEG_LOCK(keg);
3433         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3434             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3435         keg->uk_fini = fini;
3436         KEG_UNLOCK(keg);
3437 }
3438
3439 /* See uma.h */
3440 void
3441 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3442 {
3443
3444         ZONE_LOCK(zone);
3445         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3446             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3447         zone->uz_init = zinit;
3448         ZONE_UNLOCK(zone);
3449 }
3450
3451 /* See uma.h */
3452 void
3453 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3454 {
3455
3456         ZONE_LOCK(zone);
3457         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3458             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3459         zone->uz_fini = zfini;
3460         ZONE_UNLOCK(zone);
3461 }
3462
3463 /* See uma.h */
3464 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3465 void
3466 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3467 {
3468         uma_keg_t keg;
3469
3470         KEG_GET(zone, keg);
3471         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3472         KEG_LOCK(keg);
3473         keg->uk_freef = freef;
3474         KEG_UNLOCK(keg);
3475 }
3476
3477 /* See uma.h */
3478 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3479 void
3480 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3481 {
3482         uma_keg_t keg;
3483
3484         KEG_GET(zone, keg);
3485         KEG_LOCK(keg);
3486         keg->uk_allocf = allocf;
3487         KEG_UNLOCK(keg);
3488 }
3489
3490 /* See uma.h */
3491 void
3492 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3493 {
3494         uma_keg_t keg;
3495
3496         KEG_GET(zone, keg);
3497         KEG_LOCK(keg);
3498         keg->uk_reserve = items;
3499         KEG_UNLOCK(keg);
3500 }
3501
3502 /* See uma.h */
3503 int
3504 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3505 {
3506         uma_keg_t keg;
3507         vm_offset_t kva;
3508         u_int pages;
3509
3510         KEG_GET(zone, keg);
3511
3512         pages = count / keg->uk_ipers;
3513         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3514                 pages++;
3515         pages *= keg->uk_ppera;
3516
3517 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3518         if (keg->uk_ppera > 1) {
3519 #else
3520         if (1) {
3521 #endif
3522                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3523                 if (kva == 0)
3524                         return (0);
3525         } else
3526                 kva = 0;
3527
3528         ZONE_LOCK(zone);
3529         MPASS(keg->uk_kva == 0);
3530         keg->uk_kva = kva;
3531         keg->uk_offset = 0;
3532         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
3533 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3534         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3535 #else
3536         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3537 #endif
3538         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3539         ZONE_UNLOCK(zone);
3540
3541         return (1);
3542 }
3543
3544 /* See uma.h */
3545 void
3546 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3547 {
3548         struct vm_domainset_iter di;
3549         uma_domain_t dom;
3550         uma_slab_t slab;
3551         uma_keg_t keg;
3552         int aflags, domain, slabs;
3553
3554         KEG_GET(zone, keg);
3555         KEG_LOCK(keg);
3556         slabs = items / keg->uk_ipers;
3557         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3558                 slabs++;
3559         while (slabs-- > 0) {
3560                 aflags = M_NOWAIT;
3561                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3562                     &aflags);
3563                 for (;;) {
3564                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
3565                             aflags);
3566                         if (slab != NULL) {
3567                                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3568                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3569                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
3570                                     us_link);
3571                                 break;
3572                         }
3573                         KEG_LOCK(keg);
3574                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3575                                 KEG_UNLOCK(keg);
3576                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
3577                                 KEG_LOCK(keg);
3578                         }
3579                 }
3580         }
3581         KEG_UNLOCK(keg);
3582 }
3583
3584 /* See uma.h */
3585 static void
3586 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3587 {
3588
3589         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3590         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3591         bucket_enable();
3592         zone_foreach(zone_drain);
3593         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3594                 cache_drain_safe(NULL);
3595                 zone_foreach(zone_drain);
3596         }
3597
3598         /*
3599          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3600          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3601          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3602          */
3603         zone_drain(slabzone);
3604         bucket_zone_drain();
3605 }
3606
3607 void
3608 uma_reclaim(void)
3609 {
3610
3611         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3612         uma_reclaim_locked(false);
3613         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3614 }
3615
3616 static volatile int uma_reclaim_needed;
3617
3618 void
3619 uma_reclaim_wakeup(void)
3620 {
3621
3622         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3623                 wakeup(uma_reclaim);
3624 }
3625
3626 void
3627 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3628 {
3629
3630         for (;;) {
3631                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3632                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3633                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3634                             hz);
3635                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3636                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3637                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3638                 uma_reclaim_locked(true);
3639                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3640                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3641                 /* Don't fire more than once per-second. */
3642                 pause("umarclslp", hz);
3643         }
3644 }
3645
3646 /* See uma.h */
3647 int
3648 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3649 {
3650         int full;
3651
3652         ZONE_LOCK(zone);
3653         full = zone->uz_sleepers > 0;
3654         ZONE_UNLOCK(zone);
3655         return (full);
3656 }
3657
3658 int
3659 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3660 {
3661         return (zone->uz_sleepers > 0);
3662 }
3663
3664 void *
3665 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3666 {
3667         struct domainset *policy;
3668         vm_offset_t addr;
3669         uma_slab_t slab;
3670
3671         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3672                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3673                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3674                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3675         }
3676         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3677         if (slab == NULL)
3678                 return (NULL);
3679         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3680             DOMAINSET_FIXED(domain);
3681         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3682         if (addr != 0) {
3683                 vsetslab(addr, slab);
3684                 slab->us_data = (void *)addr;
3685                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3686                 slab->us_size = size;
3687                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3688                     pmap_kextract(addr)));
3689                 uma_total_inc(size);
3690         } else {
3691                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3692         }
3693
3694         return ((void *)addr);
3695 }
3696
3697 void *
3698 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3699 {
3700
3701         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3702 }
3703
3704 void
3705 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3706 {
3707
3708         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3709             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3710         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3711         uma_total_dec(slab->us_size);
3712         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3713 }
3714
3715 static void
3716 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3717 {
3718
3719         bzero(item, zone->uz_size);
3720 }
3721
3722 unsigned long
3723 uma_limit(void)
3724 {
3725
3726         return (uma_kmem_limit);
3727 }
3728
3729 void
3730 uma_set_limit(unsigned long limit)
3731 {
3732
3733         uma_kmem_limit = limit;
3734 }
3735
3736 unsigned long
3737 uma_size(void)
3738 {
3739
3740         return (uma_kmem_total);
3741 }
3742
3743 long
3744 uma_avail(void)
3745 {
3746
3747         return (uma_kmem_limit - uma_kmem_total);
3748 }
3749
3750 void
3751 uma_print_stats(void)
3752 {
3753         zone_foreach(uma_print_zone);
3754 }
3755
3756 static void
3757 slab_print(uma_slab_t slab)
3758 {
3759         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3760                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3761 }
3762
3763 static void
3764 cache_print(uma_cache_t cache)
3765 {
3766         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3767                 cache->uc_allocbucket,
3768                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3769                 cache->uc_freebucket,
3770                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3771 }
3772
3773 static void
3774 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3775 {
3776         uma_domain_t dom;
3777         uma_slab_t slab;
3778         int i;
3779
3780         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3781             "out %d free %d\n",
3782             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3783             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3784             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3785             keg->uk_free);
3786         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3787                 dom = &keg->uk_domain[i];
3788                 printf("Part slabs:\n");
3789                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3790                         slab_print(slab);
3791                 printf("Free slabs:\n");
3792                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3793                         slab_print(slab);
3794                 printf("Full slabs:\n");
3795                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3796                         slab_print(slab);
3797         }
3798 }
3799
3800 void
3801 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3802 {
3803         uma_cache_t cache;
3804         int i;
3805
3806         printf("zone: %s(%p) size %d maxitems %ju flags %#x\n",
3807             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, (uintmax_t)zone->uz_max_items,
3808             zone->uz_flags);
3809         if (zone->uz_lockptr != &zone->uz_lock)
3810                 uma_print_keg(zone->uz_keg);
3811         CPU_FOREACH(i) {
3812                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3813                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3814                 cache_print(cache);
3815         }
3816 }
3817
3818 #ifdef DDB
3819 /*
3820  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3821  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3822  *
3823  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3824  * per-CPU cache statistic.
3825  *
3826  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3827  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3828  * directly so that we don't have to.
3829  */
3830 static void
3831 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3832     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3833 {
3834         uma_cache_t cache;
3835         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3836         int cachefree, cpu;
3837
3838         allocs = frees = sleeps = 0;
3839         cachefree = 0;
3840         CPU_FOREACH(cpu) {
3841                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3842                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3843                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3844                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3845                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3846                 allocs += cache->uc_allocs;
3847                 frees += cache->uc_frees;
3848         }
3849         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
3850         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
3851         sleeps += z->uz_sleeps;
3852         if (cachefreep != NULL)
3853                 *cachefreep = cachefree;
3854         if (allocsp != NULL)
3855                 *allocsp = allocs;
3856         if (freesp != NULL)
3857                 *freesp = frees;
3858         if (sleepsp != NULL)
3859                 *sleepsp = sleeps;
3860 }
3861 #endif /* DDB */
3862
3863 static int
3864 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3865 {
3866         uma_keg_t kz;
3867         uma_zone_t z;
3868         int count;
3869
3870         count = 0;
3871         rw_rlock(&uma_rwlock);
3872         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3873                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3874                         count++;
3875         }
3876         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
3877                 count++;
3878
3879         rw_runlock(&uma_rwlock);
3880         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3881 }
3882
3883 static void
3884 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
3885     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
3886 {
3887         uma_zone_domain_t zdom;
3888         uma_cache_t cache;
3889         int i;
3890
3891
3892         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3893                 zdom = &z->uz_domain[i];
3894                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
3895         }
3896         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
3897         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
3898         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
3899         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3900         /*
3901          * While it is not normally safe to access the cache
3902          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3903          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3904          * without the zone lock held, not invalidated, so
3905          * accept the possible race associated with bucket
3906          * exchange during monitoring.
3907          */
3908         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
3909                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
3910                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
3911                         continue;
3912                 cache = &z->uz_cpu[i];
3913                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3914                         ups[i].ups_cache_free +=
3915                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3916                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3917                         ups[i].ups_cache_free +=
3918                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3919                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
3920                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
3921         }
3922 }
3923
3924 static int
3925 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3926 {
3927         struct uma_stream_header ush;
3928         struct uma_type_header uth;
3929         struct uma_percpu_stat *ups;
3930         struct sbuf sbuf;
3931         uma_keg_t kz;
3932         uma_zone_t z;
3933         int count, error, i;
3934
3935         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3936         if (error != 0)
3937                 return (error);
3938         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3939         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3940         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
3941
3942         count = 0;
3943         rw_rlock(&uma_rwlock);
3944         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3945                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3946                         count++;
3947         }
3948
3949         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
3950                 count++;
3951
3952         /*
3953          * Insert stream header.
3954          */
3955         bzero(&ush, sizeof(ush));
3956         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3957         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3958         ush.ush_count = count;
3959         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3960
3961         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3962                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3963                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3964                         ZONE_LOCK(z);
3965                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3966                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3967                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3968                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3969                         if (z->uz_max_items > 0)
3970                                 uth.uth_pages = (z->uz_items / kz->uk_ipers) *
3971                                         kz->uk_ppera;
3972                         else
3973                                 uth.uth_pages = kz->uk_pages;
3974                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
3975                             kz->uk_ppera;
3976                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
3977                         uth.uth_keg_free = z->uz_keg->uk_free;
3978
3979                         /*
3980                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3981                          * on the keg's zone list.
3982                          */
3983                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3984                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3985                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3986                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
3987                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
3988                         ZONE_UNLOCK(z);
3989                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3990                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
3991                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
3992                 }
3993         }
3994         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3995                 bzero(&uth, sizeof(uth));
3996                 ZONE_LOCK(z);
3997                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3998                 uth.uth_size = z->uz_size;
3999                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
4000                 ZONE_UNLOCK(z);
4001                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4002                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4003                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4004         }
4005
4006         rw_runlock(&uma_rwlock);
4007         error = sbuf_finish(&sbuf);
4008         sbuf_delete(&sbuf);
4009         free(ups, M_TEMP);
4010         return (error);
4011 }
4012
4013 int
4014 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4015 {
4016         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4017         int error, max;
4018
4019         max = uma_zone_get_max(zone);
4020         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4021         if (error || !req->newptr)
4022                 return (error);
4023
4024         uma_zone_set_max(zone, max);
4025
4026         return (0);
4027 }
4028
4029 int
4030 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4031 {
4032         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4033         int cur;
4034
4035         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4036         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4037 }
4038
4039 #ifdef INVARIANTS
4040 static uma_slab_t
4041 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4042 {
4043         uma_slab_t slab;
4044         uma_keg_t keg;
4045         uint8_t *mem;
4046
4047         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4048         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4049                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4050         } else {
4051                 /*
4052                  * It is safe to return the slab here even though the
4053                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4054                  * essentially holds a reference.
4055                  */
4056                 if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
4057                         return (NULL);
4058                 ZONE_LOCK(zone);
4059                 keg = zone->uz_keg;
4060                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4061                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4062                 else
4063                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4064                 ZONE_UNLOCK(zone);
4065         }
4066
4067         return (slab);
4068 }
4069
4070 static bool
4071 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4072 {
4073
4074         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
4075                 return (true);
4076
4077         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
4078 }
4079
4080 static bool
4081 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4082 {
4083         uintptr_t idx;
4084
4085         if (dbg_divisor == 0)
4086                 return (true);
4087
4088         if (dbg_divisor == 1)
4089                 return (false);
4090
4091         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4092         if (keg->uk_ipers > 1) {
4093                 idx *= keg->uk_ipers;
4094                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4095         }
4096
4097         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4098                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4099                 return (true);
4100         }
4101         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4102
4103         return (false);
4104 }
4105
4106 /*
4107  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4108  *
4109  */
4110 static void
4111 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4112 {
4113         uma_keg_t keg;
4114         int freei;
4115
4116         if (slab == NULL) {
4117                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4118                 if (slab == NULL)
4119                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4120                             item, zone->uz_name);
4121         }
4122         keg = slab->us_keg;
4123         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4124
4125         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4126                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4127                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4128         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4129
4130         return;
4131 }
4132
4133 /*
4134  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4135  * and duplicate frees.
4136  *
4137  */
4138 static void
4139 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4140 {
4141         uma_keg_t keg;
4142         int freei;
4143
4144         if (slab == NULL) {
4145                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4146                 if (slab == NULL)
4147                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4148                             item, zone->uz_name);
4149         }
4150         keg = slab->us_keg;
4151         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4152
4153         if (freei >= keg->uk_ipers)
4154                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4155                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4156
4157         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4158                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4159                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4160
4161         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4162                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4163                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4164
4165         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4166 }
4167 #endif /* INVARIANTS */
4168
4169 #ifdef DDB
4170 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4171 {
4172         uma_keg_t kz;
4173         uma_zone_t z;
4174         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4175         long cachefree;
4176         int i;
4177
4178         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4179             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4180         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4181                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4182                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4183                                 allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
4184                                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
4185                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4186                                 cachefree = 0;
4187                         } else
4188                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4189                                     &frees, &sleeps);
4190                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4191                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4192                                 cachefree += kz->uk_free;
4193                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4194                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4195
4196                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u\n",
4197                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4198                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4199                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4200                         if (db_pager_quit)
4201                                 return;
4202                 }
4203         }
4204 }
4205
4206 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4207 {
4208         uma_zone_t z;
4209         uint64_t allocs, frees;
4210         long cachefree;
4211         int i;
4212
4213         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4214             "Requests", "Bucket");
4215         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4216                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4217                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4218                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4219                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4220                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4221                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4222                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4223                 if (db_pager_quit)
4224                         return;
4225         }
4226 }
4227 #endif  /* DDB */