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