]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/stable/10.git/blob - sys/vm/uma_core.c
MFC r258691:
[FreeBSD/stable/10.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * effecient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 /* I should really use ktr.. */
54 /*
55 #define UMA_DEBUG 1
56 #define UMA_DEBUG_ALLOC 1
57 #define UMA_DEBUG_ALLOC_1 1
58 */
59
60 #include "opt_ddb.h"
61 #include "opt_param.h"
62 #include "opt_vm.h"
63
64 #include <sys/param.h>
65 #include <sys/systm.h>
66 #include <sys/bitset.h>
67 #include <sys/kernel.h>
68 #include <sys/types.h>
69 #include <sys/queue.h>
70 #include <sys/malloc.h>
71 #include <sys/ktr.h>
72 #include <sys/lock.h>
73 #include <sys/sysctl.h>
74 #include <sys/mutex.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/rwlock.h>
77 #include <sys/sbuf.h>
78 #include <sys/sched.h>
79 #include <sys/smp.h>
80 #include <sys/vmmeter.h>
81
82 #include <vm/vm.h>
83 #include <vm/vm_object.h>
84 #include <vm/vm_page.h>
85 #include <vm/vm_pageout.h>
86 #include <vm/vm_param.h>
87 #include <vm/vm_map.h>
88 #include <vm/vm_kern.h>
89 #include <vm/vm_extern.h>
90 #include <vm/uma.h>
91 #include <vm/uma_int.h>
92 #include <vm/uma_dbg.h>
93
94 #include <ddb/ddb.h>
95
96 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
97 #include <vm/memguard.h>
98 #endif
99
100 /*
101  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
102  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
103  * bss section to bootstrap us.
104  */
105 static struct uma_keg masterkeg;
106 static struct uma_zone masterzone_k;
107 static struct uma_zone masterzone_z;
108 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
109 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
110
111 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
112 static uma_zone_t slabzone;
113 static uma_zone_t slabrefzone;  /* With refcounters (for UMA_ZONE_REFCNT) */
114
115 /*
116  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
117  * prior to malloc coming up.
118  */
119 static uma_zone_t hashzone;
120
121 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
122 int uma_align_cache = 64 - 1;
123
124 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
125
126 /*
127  * Are we allowed to allocate buckets?
128  */
129 static int bucketdisable = 1;
130
131 /* Linked list of all kegs in the system */
132 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
133
134 /* This mutex protects the keg list */
135 static struct mtx_padalign uma_mtx;
136
137 /* Linked list of boot time pages */
138 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
139     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_boot_pages);
140
141 /* This mutex protects the boot time pages list */
142 static struct mtx_padalign uma_boot_pages_mtx;
143
144 /* Is the VM done starting up? */
145 static int booted = 0;
146 #define UMA_STARTUP     1
147 #define UMA_STARTUP2    2
148
149 /* Maximum number of allowed items-per-slab if the slab header is OFFPAGE */
150 static const u_int uma_max_ipers = SLAB_SETSIZE;
151
152 /*
153  * Only mbuf clusters use ref zones.  Just provide enough references
154  * to support the one user.  New code should not use the ref facility.
155  */
156 static const u_int uma_max_ipers_ref = PAGE_SIZE / MCLBYTES;
157
158 /*
159  * This is the handle used to schedule events that need to happen
160  * outside of the allocation fast path.
161  */
162 static struct callout uma_callout;
163 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
164
165 /*
166  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
167  * a special allocation function just for zones.
168  */
169 struct uma_zctor_args {
170         const char *name;
171         size_t size;
172         uma_ctor ctor;
173         uma_dtor dtor;
174         uma_init uminit;
175         uma_fini fini;
176         uma_import import;
177         uma_release release;
178         void *arg;
179         uma_keg_t keg;
180         int align;
181         uint32_t flags;
182 };
183
184 struct uma_kctor_args {
185         uma_zone_t zone;
186         size_t size;
187         uma_init uminit;
188         uma_fini fini;
189         int align;
190         uint32_t flags;
191 };
192
193 struct uma_bucket_zone {
194         uma_zone_t      ubz_zone;
195         char            *ubz_name;
196         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
197         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
198 };
199
200 /*
201  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
202  * of two sizes for more efficient space utilization.
203  */
204 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
205     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
206
207 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(128)
208
209 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
210         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
211         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
212         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
213         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
214         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
215         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
216         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
217         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
218         { NULL, NULL, 0}
219 };
220
221 /*
222  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
223  */
224 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
225
226 /* Prototypes.. */
227
228 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, int, uint8_t *, int);
229 static void *page_alloc(uma_zone_t, int, uint8_t *, int);
230 static void *startup_alloc(uma_zone_t, int, uint8_t *, int);
231 static void page_free(void *, int, uint8_t);
232 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
233 static void cache_drain(uma_zone_t);
234 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
235 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
236 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
237 static void keg_dtor(void *, int, void *);
238 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
239 static void zone_dtor(void *, int, void *);
240 static int zero_init(void *, int, int);
241 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
242 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
243 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
244 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
245 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
246 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
247 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
248 static void uma_timeout(void *);
249 static void uma_startup3(void);
250 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
251 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
252 static void bucket_enable(void);
253 static void bucket_init(void);
254 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
255 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
256 static void bucket_zone_drain(void);
257 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
258 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
259 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
260 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
261 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
262 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
263     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
264 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
265 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
266
267 void uma_print_zone(uma_zone_t);
268 void uma_print_stats(void);
269 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
270 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
271
272 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
273
274 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
275     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
276
277 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
278     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
279
280 static int zone_warnings = 1;
281 TUNABLE_INT("vm.zone_warnings", &zone_warnings);
282 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RW, &zone_warnings, 0,
283     "Warn when UMA zones becomes full");
284
285 /*
286  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
287  */
288 static void
289 bucket_enable(void)
290 {
291         bucketdisable = vm_page_count_min();
292 }
293
294 /*
295  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
296  *
297  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
298  * of the header and an array of pointers.
299  */
300 static void
301 bucket_init(void)
302 {
303         struct uma_bucket_zone *ubz;
304         int size;
305         int i;
306
307         for (i = 0, ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
308                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
309                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
310                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
311                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
312                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
313         }
314 }
315
316 /*
317  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
318  * to allocate the bucket.
319  */
320 static struct uma_bucket_zone *
321 bucket_zone_lookup(int entries)
322 {
323         struct uma_bucket_zone *ubz;
324
325         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
326                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
327                         return (ubz);
328         ubz--;
329         return (ubz);
330 }
331
332 static int
333 bucket_select(int size)
334 {
335         struct uma_bucket_zone *ubz;
336
337         ubz = &bucket_zones[0];
338         if (size > ubz->ubz_maxsize)
339                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
340
341         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
342                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
343                         break;
344         ubz--;
345         return (ubz->ubz_entries);
346 }
347
348 static uma_bucket_t
349 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
350 {
351         struct uma_bucket_zone *ubz;
352         uma_bucket_t bucket;
353
354         /*
355          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
356          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
357          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
358          * low memory situations.
359          */
360         if (bucketdisable)
361                 return (NULL);
362         /*
363          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
364          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
365          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
366          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
367          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
368          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
369          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
370          * free path.
371          */
372         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
373                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
374         else {
375                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
376                         return (NULL);
377                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
378         }
379         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
380                 flags |= M_NOVM;
381         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
382         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
383         if (bucket) {
384 #ifdef INVARIANTS
385                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
386 #endif
387                 bucket->ub_cnt = 0;
388                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
389         }
390
391         return (bucket);
392 }
393
394 static void
395 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
396 {
397         struct uma_bucket_zone *ubz;
398
399         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
400             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
401         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
402                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
403         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
404         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
405 }
406
407 static void
408 bucket_zone_drain(void)
409 {
410         struct uma_bucket_zone *ubz;
411
412         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
413                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
414 }
415
416 static void
417 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
418 {
419         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
420
421         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
422                 return;
423
424         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
425                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
426 }
427
428 static void
429 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
430 {
431         uma_klink_t klink;
432
433         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
434                 kegfn(klink->kl_keg);
435 }
436
437 /*
438  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
439  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
440  *
441  * Arguments:
442  *      arg   Unused
443  *
444  * Returns:
445  *      Nothing
446  */
447 static void
448 uma_timeout(void *unused)
449 {
450         bucket_enable();
451         zone_foreach(zone_timeout);
452
453         /* Reschedule this event */
454         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
455 }
456
457 /*
458  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
459  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
460  *
461  *  Returns nothing.
462  */
463 static void
464 keg_timeout(uma_keg_t keg)
465 {
466
467         KEG_LOCK(keg);
468         /*
469          * Expand the keg hash table.
470          *
471          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
472          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
473          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
474          */
475         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
476             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
477                 struct uma_hash newhash;
478                 struct uma_hash oldhash;
479                 int ret;
480
481                 /*
482                  * This is so involved because allocating and freeing
483                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
484                  * I have to do everything in stages and check for
485                  * races.
486                  */
487                 newhash = keg->uk_hash;
488                 KEG_UNLOCK(keg);
489                 ret = hash_alloc(&newhash);
490                 KEG_LOCK(keg);
491                 if (ret) {
492                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
493                                 oldhash = keg->uk_hash;
494                                 keg->uk_hash = newhash;
495                         } else
496                                 oldhash = newhash;
497
498                         KEG_UNLOCK(keg);
499                         hash_free(&oldhash);
500                         return;
501                 }
502         }
503         KEG_UNLOCK(keg);
504 }
505
506 static void
507 zone_timeout(uma_zone_t zone)
508 {
509
510         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
511 }
512
513 /*
514  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
515  * backing store.
516  *
517  * Arguments:
518  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
519  *
520  * Returns:
521  *      1 on sucess and 0 on failure.
522  */
523 static int
524 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
525 {
526         int oldsize;
527         int alloc;
528
529         oldsize = hash->uh_hashsize;
530
531         /* We're just going to go to a power of two greater */
532         if (oldsize)  {
533                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
534                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
535                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
536                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
537         } else {
538                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
539                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
540                     M_WAITOK);
541                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
542         }
543         if (hash->uh_slab_hash) {
544                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
545                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
546                 return (1);
547         }
548
549         return (0);
550 }
551
552 /*
553  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
554  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
555  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
556  *
557  * Arguments:
558  *      oldhash  The hash you want to expand
559  *      newhash  The hash structure for the new table
560  *
561  * Returns:
562  *      Nothing
563  *
564  * Discussion:
565  */
566 static int
567 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
568 {
569         uma_slab_t slab;
570         int hval;
571         int i;
572
573         if (!newhash->uh_slab_hash)
574                 return (0);
575
576         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
577                 return (0);
578
579         /*
580          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
581          * full rehash.
582          */
583
584         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
585                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
586                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
587                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
588                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
589                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
590                             slab, us_hlink);
591                 }
592
593         return (1);
594 }
595
596 /*
597  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
598  *
599  * Arguments:
600  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
601  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
602  *
603  * Returns:
604  *      Nothing
605  */
606 static void
607 hash_free(struct uma_hash *hash)
608 {
609         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
610                 return;
611         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
612                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
613         else
614                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
615 }
616
617 /*
618  * Frees all outstanding items in a bucket
619  *
620  * Arguments:
621  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
622  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
623  *
624  * Returns:
625  *      Nothing
626  */
627
628 static void
629 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
630 {
631         int i;
632
633         if (bucket == NULL)
634                 return;
635
636         if (zone->uz_fini)
637                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
638                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
639         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
640         bucket->ub_cnt = 0;
641 }
642
643 /*
644  * Drains the per cpu caches for a zone.
645  *
646  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
647  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
648  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
649  *
650  * Arguments:
651  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
652  *
653  * Returns:
654  *      Nothing
655  */
656 static void
657 cache_drain(uma_zone_t zone)
658 {
659         uma_cache_t cache;
660         int cpu;
661
662         /*
663          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
664          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
665          * of the caches at this point.
666          *
667          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
668          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
669          *
670          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
671          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
672          * there in some form?
673          */
674         CPU_FOREACH(cpu) {
675                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
676                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
677                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
678                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
679                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
680                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
681                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
682                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
683         }
684         ZONE_LOCK(zone);
685         bucket_cache_drain(zone);
686         ZONE_UNLOCK(zone);
687 }
688
689 static void
690 cache_shrink(uma_zone_t zone)
691 {
692
693         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
694                 return;
695
696         ZONE_LOCK(zone);
697         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
698         ZONE_UNLOCK(zone);
699 }
700
701 static void
702 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
703 {
704         uma_cache_t cache;
705         uma_bucket_t b1, b2;
706
707         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
708                 return;
709
710         b1 = b2 = NULL;
711         ZONE_LOCK(zone);
712         critical_enter();
713         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
714         if (cache->uc_allocbucket) {
715                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
716                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
717                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
718                 else
719                         b1 = cache->uc_allocbucket;
720                 cache->uc_allocbucket = NULL;
721         }
722         if (cache->uc_freebucket) {
723                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
724                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
725                             cache->uc_freebucket, ub_link);
726                 else
727                         b2 = cache->uc_freebucket;
728                 cache->uc_freebucket = NULL;
729         }
730         critical_exit();
731         ZONE_UNLOCK(zone);
732         if (b1)
733                 bucket_free(zone, b1, NULL);
734         if (b2)
735                 bucket_free(zone, b2, NULL);
736 }
737
738 /*
739  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
740  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
741  * one by one and enter a critical section on each of them in order
742  * to safely access their cache buckets.
743  * Zone lock must not be held on call this function.
744  */
745 static void
746 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
747 {
748         int cpu;
749
750         /*
751          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
752          */
753         if (zone)
754                 cache_shrink(zone);
755         else
756                 zone_foreach(cache_shrink);
757
758         CPU_FOREACH(cpu) {
759                 thread_lock(curthread);
760                 sched_bind(curthread, cpu);
761                 thread_unlock(curthread);
762
763                 if (zone)
764                         cache_drain_safe_cpu(zone);
765                 else
766                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
767         }
768         thread_lock(curthread);
769         sched_unbind(curthread);
770         thread_unlock(curthread);
771 }
772
773 /*
774  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
775  */
776 static void
777 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
778 {
779         uma_bucket_t bucket;
780
781         /*
782          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
783          * cpu (alloc/free).
784          */
785         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
786                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
787                 ZONE_UNLOCK(zone);
788                 bucket_drain(zone, bucket);
789                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
790                 ZONE_LOCK(zone);
791         }
792
793         /*
794          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
795          * is probably lower then price of global cache drain.
796          */
797         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
798                 zone->uz_count--;
799 }
800
801 static void
802 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
803 {
804         uint8_t *mem;
805         int i;
806         uint8_t flags;
807
808         mem = slab->us_data;
809         flags = slab->us_flags;
810         i = start;
811         if (keg->uk_fini != NULL) {
812                 for (i--; i > -1; i--)
813                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
814                             keg->uk_size);
815         }
816         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
817                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
818 #ifdef UMA_DEBUG
819         printf("%s: Returning %d bytes.\n", keg->uk_name,
820             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
821 #endif
822         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
823 }
824
825 /*
826  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
827  * the pageout daemon.
828  *
829  * Returns nothing.
830  */
831 static void
832 keg_drain(uma_keg_t keg)
833 {
834         struct slabhead freeslabs = { 0 };
835         uma_slab_t slab;
836         uma_slab_t n;
837
838         /*
839          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
840          * time
841          */
842         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
843                 return;
844
845 #ifdef UMA_DEBUG
846         printf("%s free items: %u\n", keg->uk_name, keg->uk_free);
847 #endif
848         KEG_LOCK(keg);
849         if (keg->uk_free == 0)
850                 goto finished;
851
852         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
853         while (slab) {
854                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
855
856                 /* We have no where to free these to */
857                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
858                         slab = n;
859                         continue;
860                 }
861
862                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
863                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
864                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
865
866                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
867                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
868
869                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
870
871                 slab = n;
872         }
873 finished:
874         KEG_UNLOCK(keg);
875
876         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
877                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
878                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
879         }
880 }
881
882 static void
883 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
884 {
885
886         /*
887          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
888          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
889          * is the only call that knows the structure will still be available
890          * when it wakes up.
891          */
892         ZONE_LOCK(zone);
893         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
894                 if (waitok == M_NOWAIT)
895                         goto out;
896                 mtx_unlock(&uma_mtx);
897                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
898                 mtx_lock(&uma_mtx);
899         }
900         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
901         bucket_cache_drain(zone);
902         ZONE_UNLOCK(zone);
903         /*
904          * The DRAINING flag protects us from being freed while
905          * we're running.  Normally the uma_mtx would protect us but we
906          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
907          */
908         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
909         ZONE_LOCK(zone);
910         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
911         wakeup(zone);
912 out:
913         ZONE_UNLOCK(zone);
914 }
915
916 void
917 zone_drain(uma_zone_t zone)
918 {
919
920         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
921 }
922
923 /*
924  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
925  *
926  * Arguments:
927  *      wait  Shall we wait?
928  *
929  * Returns:
930  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
931  *      caller specified M_NOWAIT.
932  */
933 static uma_slab_t
934 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
935 {
936         uma_slabrefcnt_t slabref;
937         uma_alloc allocf;
938         uma_slab_t slab;
939         uint8_t *mem;
940         uint8_t flags;
941         int i;
942
943         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
944         slab = NULL;
945         mem = NULL;
946
947 #ifdef UMA_DEBUG
948         printf("alloc_slab:  Allocating a new slab for %s\n", keg->uk_name);
949 #endif
950         allocf = keg->uk_allocf;
951         KEG_UNLOCK(keg);
952
953         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
954                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
955                 if (slab == NULL)
956                         goto out;
957         }
958
959         /*
960          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
961          * first time they are added to a zone.
962          *
963          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
964          */
965
966         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
967                 wait |= M_ZERO;
968         else
969                 wait &= ~M_ZERO;
970
971         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
972                 wait |= M_NODUMP;
973
974         /* zone is passed for legacy reasons. */
975         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
976         if (mem == NULL) {
977                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
978                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
979                 slab = NULL;
980                 goto out;
981         }
982
983         /* Point the slab into the allocated memory */
984         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
985                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
986
987         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
988                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
989                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
990
991         slab->us_keg = keg;
992         slab->us_data = mem;
993         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
994         slab->us_flags = flags;
995         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
996 #ifdef INVARIANTS
997         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
998 #endif
999         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1000                 slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
1001                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1002                         slabref->us_refcnt[i] = 0;
1003         }
1004
1005         if (keg->uk_init != NULL) {
1006                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1007                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1008                             keg->uk_size, wait) != 0)
1009                                 break;
1010                 if (i != keg->uk_ipers) {
1011                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1012                         slab = NULL;
1013                         goto out;
1014                 }
1015         }
1016 out:
1017         KEG_LOCK(keg);
1018
1019         if (slab != NULL) {
1020                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1021                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1022
1023                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1024                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1025         }
1026
1027         return (slab);
1028 }
1029
1030 /*
1031  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1032  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1033  * the VM is ready.
1034  */
1035 static void *
1036 startup_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1037 {
1038         uma_keg_t keg;
1039         uma_slab_t tmps;
1040         int pages, check_pages;
1041
1042         keg = zone_first_keg(zone);
1043         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1044         check_pages = pages - 1;
1045         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1046
1047         /*
1048          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1049          */
1050         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1051
1052         /* First check if we have enough room. */
1053         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1054         while (tmps != NULL && check_pages-- > 0)
1055                 tmps = LIST_NEXT(tmps, us_link);
1056         if (tmps != NULL) {
1057                 /*
1058                  * It's ok to lose tmps references.  The last one will
1059                  * have tmps->us_data pointing to the start address of
1060                  * "pages" contiguous pages of memory.
1061                  */
1062                 while (pages-- > 0) {
1063                         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1064                         LIST_REMOVE(tmps, us_link);
1065                 }
1066                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1067                 *pflag = tmps->us_flags;
1068                 return (tmps->us_data);
1069         }
1070         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1071         if (booted < UMA_STARTUP2)
1072                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1073         /*
1074          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1075          */
1076 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1077         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1078 #else
1079         keg->uk_allocf = page_alloc;
1080 #endif
1081         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1082 }
1083
1084 /*
1085  * Allocates a number of pages from the system
1086  *
1087  * Arguments:
1088  *      bytes  The number of bytes requested
1089  *      wait  Shall we wait?
1090  *
1091  * Returns:
1092  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1093  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1094  */
1095 static void *
1096 page_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1097 {
1098         void *p;        /* Returned page */
1099
1100         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1101         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1102
1103         return (p);
1104 }
1105
1106 /*
1107  * Allocates a number of pages from within an object
1108  *
1109  * Arguments:
1110  *      bytes  The number of bytes requested
1111  *      wait   Shall we wait?
1112  *
1113  * Returns:
1114  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1115  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1116  */
1117 static void *
1118 noobj_alloc(uma_zone_t zone, int bytes, uint8_t *flags, int wait)
1119 {
1120         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1121         u_long npages;
1122         vm_offset_t retkva, zkva;
1123         vm_page_t p, p_next;
1124         uma_keg_t keg;
1125
1126         TAILQ_INIT(&alloctail);
1127         keg = zone_first_keg(zone);
1128
1129         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1130         while (npages > 0) {
1131                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1132                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ);
1133                 if (p != NULL) {
1134                         /*
1135                          * Since the page does not belong to an object, its
1136                          * listq is unused.
1137                          */
1138                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1139                         npages--;
1140                         continue;
1141                 }
1142                 if (wait & M_WAITOK) {
1143                         VM_WAIT;
1144                         continue;
1145                 }
1146
1147                 /*
1148                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1149                  * exit.
1150                  */
1151                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1152                         vm_page_unwire(p, 0);
1153                         vm_page_free(p); 
1154                 }
1155                 return (NULL);
1156         }
1157         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1158         zkva = keg->uk_kva +
1159             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1160         retkva = zkva;
1161         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1162                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1163                 zkva += PAGE_SIZE;
1164         }
1165
1166         return ((void *)retkva);
1167 }
1168
1169 /*
1170  * Frees a number of pages to the system
1171  *
1172  * Arguments:
1173  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1174  *      size  The size of the memory being freed
1175  *      flags The original p->us_flags field
1176  *
1177  * Returns:
1178  *      Nothing
1179  */
1180 static void
1181 page_free(void *mem, int size, uint8_t flags)
1182 {
1183         struct vmem *vmem;
1184
1185         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1186                 vmem = kmem_arena;
1187         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1188                 vmem = kernel_arena;
1189         else
1190                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d", flags);
1191
1192         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1193 }
1194
1195 /*
1196  * Zero fill initializer
1197  *
1198  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1199  */
1200 static int
1201 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1202 {
1203         bzero(mem, size);
1204         return (0);
1205 }
1206
1207 /*
1208  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1209  *
1210  * Arguments
1211  *      keg  The zone we should initialize
1212  *
1213  * Returns
1214  *      Nothing
1215  */
1216 static void
1217 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1218 {
1219         u_int rsize;
1220         u_int memused;
1221         u_int wastedspace;
1222         u_int shsize;
1223
1224         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1225                 u_int ncpus = mp_ncpus ? mp_ncpus : MAXCPU;
1226
1227                 keg->uk_slabsize = sizeof(struct pcpu);
1228                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1229                     PAGE_SIZE);
1230         } else {
1231                 keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1232                 keg->uk_ppera = 1;
1233         }
1234
1235         /*
1236          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1237          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1238          * allocation bits for we round it up.
1239          */
1240         rsize = keg->uk_size;
1241         if (rsize < keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE)
1242                 rsize = keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE;
1243         if (rsize & keg->uk_align)
1244                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1245         keg->uk_rsize = rsize;
1246
1247         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1248             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1249             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1250
1251         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1252                 rsize += sizeof(uint32_t);
1253
1254         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1255                 shsize = 0;
1256         else 
1257                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1258
1259         keg->uk_ipers = (keg->uk_slabsize - shsize) / rsize;
1260         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1261             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1262
1263         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1264         wastedspace = keg->uk_slabsize - memused;
1265
1266         /*
1267          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1268          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1269          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1270          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1271          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1272          */
1273         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1274             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1275                 return;
1276
1277         /*
1278          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1279          * this if it permits more items per-slab.
1280          *
1281          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1282          * Historically this was not done because the VM could not
1283          * efficiently handle contiguous allocations.
1284          */
1285         if ((wastedspace >= keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1286             (keg->uk_ipers < (keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize))) {
1287                 keg->uk_ipers = keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize;
1288                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1289                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1290 #ifdef UMA_DEBUG
1291                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1292                     "keg: %s, calculated wastedspace = %d, "
1293                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1294                     "calculated ipers = %d, "
1295                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, wastedspace,
1296                     keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1297                     keg->uk_slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1298 #endif
1299                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1300         }
1301
1302         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1303             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1304                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1305 }
1306
1307 /*
1308  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1309  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1310  * more complicated.
1311  *
1312  * Arguments
1313  *      keg  The keg we should initialize
1314  *
1315  * Returns
1316  *      Nothing
1317  */
1318 static void
1319 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1320 {
1321
1322         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1323         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1324             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1325         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1326             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1327
1328         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1329         keg->uk_slabsize = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1330         keg->uk_ipers = 1;
1331         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1332
1333         /* We can't do OFFPAGE if we're internal, bail out here. */
1334         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1335                 return;
1336
1337         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1338         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1339                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1340 }
1341
1342 static void
1343 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1344 {
1345         int alignsize;
1346         int trailer;
1347         int pages;
1348         int rsize;
1349
1350         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1351             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1352
1353         alignsize = keg->uk_align + 1;
1354         rsize = keg->uk_size;
1355         /*
1356          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1357          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1358          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1359          * would fall on the same boundary every time.
1360          */
1361         if (rsize & keg->uk_align)
1362                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1363         if ((rsize & alignsize) == 0)
1364                 rsize += alignsize;
1365         trailer = rsize - keg->uk_size;
1366         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1367         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1368         keg->uk_rsize = rsize;
1369         keg->uk_ppera = pages;
1370         keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1371         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1372         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1373         KASSERT(keg->uk_ipers <= uma_max_ipers,
1374             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1375             keg->uk_ipers));
1376 }
1377
1378 /*
1379  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1380  * the keg onto the global keg list.
1381  *
1382  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1383  *      udata  Actually uma_kctor_args
1384  */
1385 static int
1386 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1387 {
1388         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1389         uma_keg_t keg = mem;
1390         uma_zone_t zone;
1391
1392         bzero(keg, size);
1393         keg->uk_size = arg->size;
1394         keg->uk_init = arg->uminit;
1395         keg->uk_fini = arg->fini;
1396         keg->uk_align = arg->align;
1397         keg->uk_free = 0;
1398         keg->uk_reserve = 0;
1399         keg->uk_pages = 0;
1400         keg->uk_flags = arg->flags;
1401         keg->uk_allocf = page_alloc;
1402         keg->uk_freef = page_free;
1403         keg->uk_slabzone = NULL;
1404
1405         /*
1406          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1407          */
1408         zone = arg->zone;
1409         keg->uk_name = zone->uz_name;
1410
1411         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1412                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1413
1414         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1415                 keg->uk_init = zero_init;
1416
1417         if (arg->flags & UMA_ZONE_REFCNT || arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1418                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1419
1420         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1421 #ifdef SMP
1422                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1423 #else
1424                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1425 #endif
1426
1427         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1428                 keg_cachespread_init(keg);
1429         } else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1430                 if (keg->uk_size >
1431                     (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab_refcnt) -
1432                     sizeof(uint32_t)))
1433                         keg_large_init(keg);
1434                 else
1435                         keg_small_init(keg);
1436         } else {
1437                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1438                         keg_large_init(keg);
1439                 else
1440                         keg_small_init(keg);
1441         }
1442
1443         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1444                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT) {
1445                         if (keg->uk_ipers > uma_max_ipers_ref)
1446                                 panic("Too many ref items per zone: %d > %d\n",
1447                                     keg->uk_ipers, uma_max_ipers_ref);
1448                         keg->uk_slabzone = slabrefzone;
1449                 } else
1450                         keg->uk_slabzone = slabzone;
1451         }
1452
1453         /*
1454          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1455          * startup cache until the vm is ready.
1456          */
1457         if (keg->uk_ppera == 1) {
1458 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1459                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1460                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1461
1462                 if (booted < UMA_STARTUP)
1463                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1464 #else
1465                 if (booted < UMA_STARTUP2)
1466                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1467 #endif
1468         } else if (booted < UMA_STARTUP2 &&
1469             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1470                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1471
1472         /*
1473          * Initialize keg's lock
1474          */
1475         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1476
1477         /*
1478          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1479          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1480          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1481          */
1482         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1483                 u_int totsize;
1484
1485                 /* Size of the slab struct and free list */
1486                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1487
1488                 /* Size of the reference counts. */
1489                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1490                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1491
1492                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1493                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1494                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1495                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1496
1497                 /*
1498                  * The only way the following is possible is if with our
1499                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1500                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1501                  * mathematically possible for all cases, so we make
1502                  * sure here anyway.
1503                  */
1504                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1505                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT)
1506                         totsize += keg->uk_ipers * sizeof(uint32_t);
1507                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1508                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1509                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1510                             keg->uk_size);
1511                         panic("UMA slab won't fit.");
1512                 }
1513         }
1514
1515         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1516                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1517
1518 #ifdef UMA_DEBUG
1519         printf("UMA: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
1520             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
1521             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
1522             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
1523 #endif
1524
1525         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1526
1527         mtx_lock(&uma_mtx);
1528         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1529         mtx_unlock(&uma_mtx);
1530         return (0);
1531 }
1532
1533 /*
1534  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1535  *
1536  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1537  *      udata  Actually uma_zctor_args
1538  */
1539 static int
1540 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1541 {
1542         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1543         uma_zone_t zone = mem;
1544         uma_zone_t z;
1545         uma_keg_t keg;
1546
1547         bzero(zone, size);
1548         zone->uz_name = arg->name;
1549         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1550         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1551         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1552         zone->uz_init = NULL;
1553         zone->uz_fini = NULL;
1554         zone->uz_allocs = 0;
1555         zone->uz_frees = 0;
1556         zone->uz_fails = 0;
1557         zone->uz_sleeps = 0;
1558         zone->uz_count = 0;
1559         zone->uz_count_min = 0;
1560         zone->uz_flags = 0;
1561         zone->uz_warning = NULL;
1562         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1563         keg = arg->keg;
1564
1565         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1566
1567         /*
1568          * This is a pure cache zone, no kegs.
1569          */
1570         if (arg->import) {
1571                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1572                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1573                 zone->uz_flags = arg->flags;
1574                 zone->uz_size = arg->size;
1575                 zone->uz_import = arg->import;
1576                 zone->uz_release = arg->release;
1577                 zone->uz_arg = arg->arg;
1578                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1579                 goto out;
1580         }
1581
1582         /*
1583          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1584          */
1585         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1586         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1587         zone->uz_arg = zone; 
1588
1589         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1590                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1591                 zone->uz_init = arg->uminit;
1592                 zone->uz_fini = arg->fini;
1593                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1594                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1595                 mtx_lock(&uma_mtx);
1596                 ZONE_LOCK(zone);
1597                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1598                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1599                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1600                                 break;
1601                         }
1602                 }
1603                 ZONE_UNLOCK(zone);
1604                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1605         } else if (keg == NULL) {
1606                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1607                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1608                         return (ENOMEM);
1609         } else {
1610                 struct uma_kctor_args karg;
1611                 int error;
1612
1613                 /* We should only be here from uma_startup() */
1614                 karg.size = arg->size;
1615                 karg.uminit = arg->uminit;
1616                 karg.fini = arg->fini;
1617                 karg.align = arg->align;
1618                 karg.flags = arg->flags;
1619                 karg.zone = zone;
1620                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1621                     flags);
1622                 if (error)
1623                         return (error);
1624         }
1625
1626         /*
1627          * Link in the first keg.
1628          */
1629         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1630         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1631         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1632         zone->uz_size = keg->uk_size;
1633         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1634             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1635
1636         /*
1637          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1638          * caches.  If we're internal, bail out here.
1639          */
1640         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1641                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1642                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1643                 return (0);
1644         }
1645
1646 out:
1647         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) == 0)
1648                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1649         else
1650                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1651         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1652
1653         return (0);
1654 }
1655
1656 /*
1657  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1658  * table and removes the keg from the global list.
1659  *
1660  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1661  *      udata  unused
1662  */
1663 static void
1664 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1665 {
1666         uma_keg_t keg;
1667
1668         keg = (uma_keg_t)arg;
1669         KEG_LOCK(keg);
1670         if (keg->uk_free != 0) {
1671                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1672                     " Lost %d pages of memory.\n",
1673                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1674                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1675         }
1676         KEG_UNLOCK(keg);
1677
1678         hash_free(&keg->uk_hash);
1679
1680         KEG_LOCK_FINI(keg);
1681 }
1682
1683 /*
1684  * Zone header dtor.
1685  *
1686  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1687  *      udata  unused
1688  */
1689 static void
1690 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1691 {
1692         uma_klink_t klink;
1693         uma_zone_t zone;
1694         uma_keg_t keg;
1695
1696         zone = (uma_zone_t)arg;
1697         keg = zone_first_keg(zone);
1698
1699         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1700                 cache_drain(zone);
1701
1702         mtx_lock(&uma_mtx);
1703         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1704         mtx_unlock(&uma_mtx);
1705         /*
1706          * XXX there are some races here where
1707          * the zone can be drained but zone lock
1708          * released and then refilled before we
1709          * remove it... we dont care for now
1710          */
1711         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1712         /*
1713          * Unlink all of our kegs.
1714          */
1715         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1716                 klink->kl_keg = NULL;
1717                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1718                 if (klink == &zone->uz_klink)
1719                         continue;
1720                 free(klink, M_TEMP);
1721         }
1722         /*
1723          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1724          */
1725         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1726                 mtx_lock(&uma_mtx);
1727                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1728                 mtx_unlock(&uma_mtx);
1729                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1730         }
1731         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1732 }
1733
1734 /*
1735  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1736  *
1737  * Arguments:
1738  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1739  *              as an argument.
1740  *
1741  * Returns:
1742  *      Nothing
1743  */
1744 static void
1745 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1746 {
1747         uma_keg_t keg;
1748         uma_zone_t zone;
1749
1750         mtx_lock(&uma_mtx);
1751         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1752                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1753                         zfunc(zone);
1754         }
1755         mtx_unlock(&uma_mtx);
1756 }
1757
1758 /* Public functions */
1759 /* See uma.h */
1760 void
1761 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1762 {
1763         struct uma_zctor_args args;
1764         uma_slab_t slab;
1765         u_int slabsize;
1766         int i;
1767
1768 #ifdef UMA_DEBUG
1769         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1770 #endif
1771         mtx_init(&uma_mtx, "UMA lock", NULL, MTX_DEF);
1772
1773         /* "manually" create the initial zone */
1774         memset(&args, 0, sizeof(args));
1775         args.name = "UMA Kegs";
1776         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1777         args.ctor = keg_ctor;
1778         args.dtor = keg_dtor;
1779         args.uminit = zero_init;
1780         args.fini = NULL;
1781         args.keg = &masterkeg;
1782         args.align = 32 - 1;
1783         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1784         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1785         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1786
1787 #ifdef UMA_DEBUG
1788         printf("Filling boot free list.\n");
1789 #endif
1790         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1791                 slab = (uma_slab_t)((uint8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1792                 slab->us_data = (uint8_t *)slab;
1793                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1794                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1795         }
1796         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1797
1798 #ifdef UMA_DEBUG
1799         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1800 #endif
1801         args.name = "UMA Zones";
1802         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1803             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1804         args.ctor = zone_ctor;
1805         args.dtor = zone_dtor;
1806         args.uminit = zero_init;
1807         args.fini = NULL;
1808         args.keg = NULL;
1809         args.align = 32 - 1;
1810         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1811         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1812         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1813
1814 #ifdef UMA_DEBUG
1815         printf("Initializing pcpu cache locks.\n");
1816 #endif
1817 #ifdef UMA_DEBUG
1818         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1819 #endif
1820
1821         /* Now make a zone for slab headers */
1822         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1823                                 sizeof(struct uma_slab),
1824                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1825                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1826
1827         /*
1828          * We also create a zone for the bigger slabs with reference
1829          * counts in them, to accomodate UMA_ZONE_REFCNT zones.
1830          */
1831         slabsize = sizeof(struct uma_slab_refcnt);
1832         slabsize += uma_max_ipers_ref * sizeof(uint32_t);
1833         slabrefzone = uma_zcreate("UMA RCntSlabs",
1834                                   slabsize,
1835                                   NULL, NULL, NULL, NULL,
1836                                   UMA_ALIGN_PTR,
1837                                   UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1838
1839         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1840             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1841             NULL, NULL, NULL, NULL,
1842             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1843
1844         bucket_init();
1845
1846         booted = UMA_STARTUP;
1847
1848 #ifdef UMA_DEBUG
1849         printf("UMA startup complete.\n");
1850 #endif
1851 }
1852
1853 /* see uma.h */
1854 void
1855 uma_startup2(void)
1856 {
1857         booted = UMA_STARTUP2;
1858         bucket_enable();
1859 #ifdef UMA_DEBUG
1860         printf("UMA startup2 complete.\n");
1861 #endif
1862 }
1863
1864 /*
1865  * Initialize our callout handle
1866  *
1867  */
1868
1869 static void
1870 uma_startup3(void)
1871 {
1872 #ifdef UMA_DEBUG
1873         printf("Starting callout.\n");
1874 #endif
1875         callout_init(&uma_callout, CALLOUT_MPSAFE);
1876         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1877 #ifdef UMA_DEBUG
1878         printf("UMA startup3 complete.\n");
1879 #endif
1880 }
1881
1882 static uma_keg_t
1883 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1884                 int align, uint32_t flags)
1885 {
1886         struct uma_kctor_args args;
1887
1888         args.size = size;
1889         args.uminit = uminit;
1890         args.fini = fini;
1891         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1892         args.flags = flags;
1893         args.zone = zone;
1894         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1895 }
1896
1897 /* See uma.h */
1898 void
1899 uma_set_align(int align)
1900 {
1901
1902         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1903                 uma_align_cache = align;
1904 }
1905
1906 /* See uma.h */
1907 uma_zone_t
1908 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1909                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1910
1911 {
1912         struct uma_zctor_args args;
1913
1914         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1915         memset(&args, 0, sizeof(args));
1916         args.name = name;
1917         args.size = size;
1918         args.ctor = ctor;
1919         args.dtor = dtor;
1920         args.uminit = uminit;
1921         args.fini = fini;
1922         args.align = align;
1923         args.flags = flags;
1924         args.keg = NULL;
1925
1926         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
1927 }
1928
1929 /* See uma.h */
1930 uma_zone_t
1931 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1932                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1933 {
1934         struct uma_zctor_args args;
1935         uma_keg_t keg;
1936
1937         keg = zone_first_keg(master);
1938         memset(&args, 0, sizeof(args));
1939         args.name = name;
1940         args.size = keg->uk_size;
1941         args.ctor = ctor;
1942         args.dtor = dtor;
1943         args.uminit = zinit;
1944         args.fini = zfini;
1945         args.align = keg->uk_align;
1946         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1947         args.keg = keg;
1948
1949         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1950         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
1951 }
1952
1953 /* See uma.h */
1954 uma_zone_t
1955 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1956                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
1957                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
1958 {
1959         struct uma_zctor_args args;
1960
1961         memset(&args, 0, sizeof(args));
1962         args.name = name;
1963         args.size = size;
1964         args.ctor = ctor;
1965         args.dtor = dtor;
1966         args.uminit = zinit;
1967         args.fini = zfini;
1968         args.import = zimport;
1969         args.release = zrelease;
1970         args.arg = arg;
1971         args.align = 0;
1972         args.flags = flags;
1973
1974         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
1975 }
1976
1977 static void
1978 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1979 {
1980         if (a < b) {
1981                 ZONE_LOCK(a);
1982                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1983         } else {
1984                 ZONE_LOCK(b);
1985                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1986         }
1987 }
1988
1989 static void
1990 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1991 {
1992
1993         ZONE_UNLOCK(a);
1994         ZONE_UNLOCK(b);
1995 }
1996
1997 int
1998 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
1999 {
2000         uma_klink_t klink;
2001         uma_klink_t kl;
2002         int error;
2003
2004         error = 0;
2005         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2006
2007         zone_lock_pair(zone, master);
2008         /*
2009          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2010          * a secondary.
2011          */
2012         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2013             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2014                 error = EINVAL;
2015                 goto out;
2016         }
2017         /*
2018          * The new master must also use vtoslab().
2019          */
2020         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2021                 error = EINVAL;
2022                 goto out;
2023         }
2024         /*
2025          * Both must either be refcnt, or not be refcnt.
2026          */
2027         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT) !=
2028             (master->uz_flags & UMA_ZONE_REFCNT)) {
2029                 error = EINVAL;
2030                 goto out;
2031         }
2032         /*
2033          * The underlying object must be the same size.  rsize
2034          * may be different.
2035          */
2036         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2037                 error = E2BIG;
2038                 goto out;
2039         }
2040         /*
2041          * Put it at the end of the list.
2042          */
2043         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2044         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2045                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2046                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2047                         break;
2048                 }
2049         }
2050         klink = NULL;
2051         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2052         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2053
2054 out:
2055         zone_unlock_pair(zone, master);
2056         if (klink != NULL)
2057                 free(klink, M_TEMP);
2058
2059         return (error);
2060 }
2061
2062
2063 /* See uma.h */
2064 void
2065 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2066 {
2067
2068         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2069 }
2070
2071 /* See uma.h */
2072 void *
2073 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2074 {
2075         void *item;
2076         uma_cache_t cache;
2077         uma_bucket_t bucket;
2078         int lockfail;
2079         int cpu;
2080
2081         /* This is the fast path allocation */
2082 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2083         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2084 #endif
2085         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
2086             zone->uz_name, flags);
2087
2088         if (flags & M_WAITOK) {
2089                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2090                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2091         }
2092 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2093         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2094                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2095                 if (item != NULL) {
2096                         /*
2097                          * Avoid conflict with the use-after-free
2098                          * protecting infrastructure from INVARIANTS.
2099                          */
2100                         if (zone->uz_init != NULL &&
2101                             zone->uz_init != mtrash_init &&
2102                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2103                                 return (NULL);
2104                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2105                             zone->uz_ctor != mtrash_ctor &&
2106                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2107                             flags) != 0) {
2108                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2109                                 return (NULL);
2110                         }
2111                         return (item);
2112                 }
2113                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2114         }
2115 #endif
2116         /*
2117          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2118          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2119          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2120          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2121          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2122          * preemption and migration.  We release the critical section in
2123          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2124          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2125          * must detect and handle migration if it has occurred.
2126          */
2127         critical_enter();
2128         cpu = curcpu;
2129         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2130
2131 zalloc_start:
2132         bucket = cache->uc_allocbucket;
2133         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2134                 bucket->ub_cnt--;
2135                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2136 #ifdef INVARIANTS
2137                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2138 #endif
2139                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2140                 cache->uc_allocs++;
2141                 critical_exit();
2142                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2143                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2144                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2145                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2146                         return (NULL);
2147                 }
2148 #ifdef INVARIANTS
2149                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2150 #endif
2151                 if (flags & M_ZERO)
2152                         bzero(item, zone->uz_size);
2153                 return (item);
2154         }
2155
2156         /*
2157          * We have run out of items in our alloc bucket.
2158          * See if we can switch with our free bucket.
2159          */
2160         bucket = cache->uc_freebucket;
2161         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2162 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2163                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with alloc.\n");
2164 #endif
2165                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2166                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2167                 goto zalloc_start;
2168         }
2169
2170         /*
2171          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2172          */
2173         bucket = cache->uc_allocbucket;
2174         cache->uc_allocbucket = NULL;
2175         critical_exit();
2176         if (bucket != NULL)
2177                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2178
2179         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2180         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2181                 goto zalloc_item;
2182
2183         /*
2184          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2185          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2186          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2187          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2188          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2189          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2190          * the critical section.
2191          */
2192         lockfail = 0;
2193         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2194                 /* Record contention to size the buckets. */
2195                 ZONE_LOCK(zone);
2196                 lockfail = 1;
2197         }
2198         critical_enter();
2199         cpu = curcpu;
2200         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2201
2202         /*
2203          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2204          */
2205         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2206         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2207         cache->uc_allocs = 0;
2208         cache->uc_frees = 0;
2209
2210         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2211         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2212                 ZONE_UNLOCK(zone);
2213                 goto zalloc_start;
2214         }
2215
2216         /*
2217          * Check the zone's cache of buckets.
2218          */
2219         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2220                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2221                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2222
2223                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2224                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2225                 ZONE_UNLOCK(zone);
2226                 goto zalloc_start;
2227         }
2228         /* We are no longer associated with this CPU. */
2229         critical_exit();
2230
2231         /*
2232          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2233          * handle the working set.
2234          */
2235         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2236                 zone->uz_count++;
2237         ZONE_UNLOCK(zone);
2238
2239         /*
2240          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2241          * works we'll restart the allocation from the begining and it
2242          * will use the just filled bucket.
2243          */
2244         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2245         if (bucket != NULL) {
2246                 ZONE_LOCK(zone);
2247                 critical_enter();
2248                 cpu = curcpu;
2249                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2250                 /*
2251                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2252                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2253                  * the memory directly.
2254                  */
2255                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2256                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2257                 else
2258                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2259                 ZONE_UNLOCK(zone);
2260                 goto zalloc_start;
2261         }
2262
2263         /*
2264          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2265          */
2266 #ifdef UMA_DEBUG
2267         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
2268 #endif
2269
2270 zalloc_item:
2271         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2272
2273         return (item);
2274 }
2275
2276 static uma_slab_t
2277 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2278 {
2279         uma_slab_t slab;
2280         int reserve;
2281
2282         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2283         slab = NULL;
2284         reserve = 0;
2285         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2286                 reserve = keg->uk_reserve;
2287
2288         for (;;) {
2289                 /*
2290                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2291                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2292                  * fragmentation.
2293                  */
2294                 if (keg->uk_free > reserve) {
2295                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2296                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2297                         } else {
2298                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2299                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2300                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2301                                     us_link);
2302                         }
2303                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2304                         return (slab);
2305                 }
2306
2307                 /*
2308                  * M_NOVM means don't ask at all!
2309                  */
2310                 if (flags & M_NOVM)
2311                         break;
2312
2313                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2314                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2315                         /*
2316                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2317                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2318                          */
2319                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2320                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2321                                 zone_log_warning(zone);
2322                         }
2323                         if (flags & M_NOWAIT)
2324                                 break;
2325                         zone->uz_sleeps++;
2326                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2327                         continue;
2328                 }
2329                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2330                 /*
2331                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2332                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2333                  * at least one item.
2334                  */
2335                 if (slab) {
2336                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2337                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2338                         return (slab);
2339                 }
2340                 /*
2341                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2342                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2343                  * fail.
2344                  */
2345                 flags |= M_NOVM;
2346         }
2347         return (slab);
2348 }
2349
2350 static uma_slab_t
2351 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2352 {
2353         uma_slab_t slab;
2354
2355         if (keg == NULL) {
2356                 keg = zone_first_keg(zone);
2357                 KEG_LOCK(keg);
2358         }
2359
2360         for (;;) {
2361                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2362                 if (slab)
2363                         return (slab);
2364                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2365                         break;
2366         }
2367         KEG_UNLOCK(keg);
2368         return (NULL);
2369 }
2370
2371 /*
2372  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2373  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2374  *
2375  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2376  */
2377 static uma_slab_t
2378 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2379 {
2380         uma_klink_t klink;
2381         uma_slab_t slab;
2382         uma_keg_t keg;
2383         int flags;
2384         int empty;
2385         int full;
2386
2387         /*
2388          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2389          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2390          * without blocking.
2391          */
2392         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2393         /*
2394          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2395          * the search.
2396          */
2397         if (last != NULL) {
2398                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2399                 if (slab)
2400                         return (slab);
2401                 KEG_UNLOCK(last);
2402         }
2403         /*
2404          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2405          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2406          * required but we've done it for so long now.
2407          */
2408         for (;;) {
2409                 empty = 0;
2410                 full = 0;
2411                 /*
2412                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2413                  * correct lock while calling into the keg layer.
2414                  */
2415                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2416                         keg = klink->kl_keg;
2417                         KEG_LOCK(keg);
2418                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2419                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2420                                 if (slab)
2421                                         return (slab);
2422                         }
2423                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2424                                 full++;
2425                         else
2426                                 empty++;
2427                         KEG_UNLOCK(keg);
2428                 }
2429                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2430                         break;
2431                 flags = rflags;
2432                 /*
2433                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2434                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2435                  */
2436                 if (full && !empty) {
2437                         ZONE_LOCK(zone);
2438                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2439                         zone->uz_sleeps++;
2440                         zone_log_warning(zone);
2441                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2442                             "zonelimit", hz/100);
2443                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2444                         ZONE_UNLOCK(zone);
2445                         continue;
2446                 }
2447         }
2448         return (NULL);
2449 }
2450
2451 static void *
2452 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2453 {
2454         void *item;
2455         uint8_t freei;
2456
2457         MPASS(keg == slab->us_keg);
2458         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2459
2460         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2461         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2462         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2463         slab->us_freecount--;
2464         keg->uk_free--;
2465
2466         /* Move this slab to the full list */
2467         if (slab->us_freecount == 0) {
2468                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2469                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2470         }
2471
2472         return (item);
2473 }
2474
2475 static int
2476 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2477 {
2478         uma_slab_t slab;
2479         uma_keg_t keg;
2480         int i;
2481
2482         slab = NULL;
2483         keg = NULL;
2484         /* Try to keep the buckets totally full */
2485         for (i = 0; i < max; ) {
2486                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2487                         break;
2488                 keg = slab->us_keg;
2489                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2490                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2491                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2492                                 break;
2493                 }
2494                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2495                 flags &= ~M_WAITOK;
2496                 flags |= M_NOWAIT;
2497         }
2498         if (slab != NULL)
2499                 KEG_UNLOCK(keg);
2500
2501         return i;
2502 }
2503
2504 static uma_bucket_t
2505 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2506 {
2507         uma_bucket_t bucket;
2508         int max;
2509
2510         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2511         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2512         if (bucket == NULL)
2513                 return (NULL);
2514
2515         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2516         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2517             max, flags);
2518
2519         /*
2520          * Initialize the memory if necessary.
2521          */
2522         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2523                 int i;
2524
2525                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2526                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2527                             flags) != 0)
2528                                 break;
2529                 /*
2530                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2531                  * rest back onto the freelist.
2532                  */
2533                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2534                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2535                             bucket->ub_cnt - i);
2536 #ifdef INVARIANTS
2537                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2538                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2539 #endif
2540                         bucket->ub_cnt = i;
2541                 }
2542         }
2543
2544         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2545                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2546                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2547                 return (NULL);
2548         }
2549
2550         return (bucket);
2551 }
2552
2553 /*
2554  * Allocates a single item from a zone.
2555  *
2556  * Arguments
2557  *      zone   The zone to alloc for.
2558  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2559  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2560  *
2561  * Returns
2562  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2563  *      An item if successful
2564  */
2565
2566 static void *
2567 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2568 {
2569         void *item;
2570
2571         item = NULL;
2572
2573 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2574         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2575 #endif
2576         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2577                 goto fail;
2578         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2579
2580         /*
2581          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2582          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2583          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2584          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2585          */
2586         if (zone->uz_init != NULL) {
2587                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2588                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2589                         goto fail;
2590                 }
2591         }
2592         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2593                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2594                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2595                         goto fail;
2596                 }
2597         }
2598 #ifdef INVARIANTS
2599         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2600 #endif
2601         if (flags & M_ZERO)
2602                 bzero(item, zone->uz_size);
2603
2604         return (item);
2605
2606 fail:
2607         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2608         return (NULL);
2609 }
2610
2611 /* See uma.h */
2612 void
2613 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2614 {
2615         uma_cache_t cache;
2616         uma_bucket_t bucket;
2617         int lockfail;
2618         int cpu;
2619
2620 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2621         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2622 #endif
2623         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2624             zone->uz_name);
2625
2626         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2627         if (item == NULL)
2628                 return;
2629 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2630         if (is_memguard_addr(item)) {
2631                 if (zone->uz_dtor != NULL && zone->uz_dtor != mtrash_dtor)
2632                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2633                 if (zone->uz_fini != NULL && zone->uz_fini != mtrash_fini)
2634                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2635                 memguard_free(item);
2636                 return;
2637         }
2638 #endif
2639 #ifdef INVARIANTS
2640         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2641                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2642         else
2643                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2644 #endif
2645         if (zone->uz_dtor != NULL)
2646                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2647
2648         /*
2649          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2650          * a little longer for the limits to be reset.
2651          */
2652         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2653                 goto zfree_item;
2654
2655         /*
2656          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2657          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2658          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2659          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2660          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2661          * preemption and migration.  We release the critical section in
2662          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2663          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2664          * detect and handle migration if it has occurred.
2665          */
2666 zfree_restart:
2667         critical_enter();
2668         cpu = curcpu;
2669         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2670
2671 zfree_start:
2672         /*
2673          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2674          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2675          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2676          */
2677         bucket = cache->uc_allocbucket;
2678         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2679                 bucket = cache->uc_freebucket;
2680         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2681                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2682                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2683                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2684                 bucket->ub_cnt++;
2685                 cache->uc_frees++;
2686                 critical_exit();
2687                 return;
2688         }
2689
2690         /*
2691          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2692          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2693          * section.  Since the critical section is released, we may be
2694          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2695          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2696          * the critical section.
2697          */
2698         critical_exit();
2699         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2700                 goto zfree_item;
2701
2702         lockfail = 0;
2703         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2704                 /* Record contention to size the buckets. */
2705                 ZONE_LOCK(zone);
2706                 lockfail = 1;
2707         }
2708         critical_enter();
2709         cpu = curcpu;
2710         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2711
2712         /*
2713          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2714          */
2715         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2716         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2717         cache->uc_allocs = 0;
2718         cache->uc_frees = 0;
2719
2720         bucket = cache->uc_freebucket;
2721         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2722                 ZONE_UNLOCK(zone);
2723                 goto zfree_start;
2724         }
2725         cache->uc_freebucket = NULL;
2726
2727         /* Can we throw this on the zone full list? */
2728         if (bucket != NULL) {
2729 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2730                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2731 #endif
2732                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2733                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2734                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2735                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2736         }
2737
2738         /* We are no longer associated with this CPU. */
2739         critical_exit();
2740
2741         /*
2742          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2743          * handle the working set.
2744          */
2745         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2746                 zone->uz_count++;
2747         ZONE_UNLOCK(zone);
2748
2749 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2750         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2751 #endif
2752         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2753         if (bucket) {
2754                 critical_enter();
2755                 cpu = curcpu;
2756                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2757                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2758                         cache->uc_freebucket = bucket;
2759                         goto zfree_start;
2760                 }
2761                 /*
2762                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2763                  * critical section to free the bucket.
2764                  */
2765                 critical_exit();
2766                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2767                 goto zfree_restart;
2768         }
2769
2770         /*
2771          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2772          */
2773 zfree_item:
2774         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2775
2776         return;
2777 }
2778
2779 static void
2780 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2781 {
2782         uint8_t freei;
2783
2784         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2785         MPASS(keg == slab->us_keg);
2786
2787         /* Do we need to remove from any lists? */
2788         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2789                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2790                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2791         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2792                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2793                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2794         }
2795
2796         /* Slab management. */
2797         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2798         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2799         slab->us_freecount++;
2800
2801         /* Keg statistics. */
2802         keg->uk_free++;
2803 }
2804
2805 static void
2806 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2807 {
2808         void *item;
2809         uma_slab_t slab;
2810         uma_keg_t keg;
2811         uint8_t *mem;
2812         int clearfull;
2813         int i;
2814
2815         clearfull = 0;
2816         keg = zone_first_keg(zone);
2817         KEG_LOCK(keg);
2818         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2819                 item = bucket[i];
2820                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2821                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2822                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2823                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2824                         } else {
2825                                 mem += keg->uk_pgoff;
2826                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2827                         }
2828                 } else {
2829                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2830                         if (slab->us_keg != keg) {
2831                                 KEG_UNLOCK(keg);
2832                                 keg = slab->us_keg;
2833                                 KEG_LOCK(keg);
2834                         }
2835                 }
2836                 slab_free_item(keg, slab, item);
2837                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2838                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2839                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2840                                 clearfull = 1;
2841                         }
2842
2843                         /* 
2844                          * We can handle one more allocation. Since we're
2845                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2846                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2847                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2848                          * threads etc).
2849                          */
2850                         wakeup(keg);
2851                 }
2852         }
2853         KEG_UNLOCK(keg);
2854         if (clearfull) {
2855                 ZONE_LOCK(zone);
2856                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2857                 wakeup(zone);
2858                 ZONE_UNLOCK(zone);
2859         }
2860
2861 }
2862
2863 /*
2864  * Frees a single item to any zone.
2865  *
2866  * Arguments:
2867  *      zone   The zone to free to
2868  *      item   The item we're freeing
2869  *      udata  User supplied data for the dtor
2870  *      skip   Skip dtors and finis
2871  */
2872 static void
2873 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2874 {
2875
2876 #ifdef INVARIANTS
2877         if (skip == SKIP_NONE) {
2878                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2879                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2880                 else
2881                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2882         }
2883 #endif
2884         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2885                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2886
2887         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2888                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2889
2890         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2891         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2892 }
2893
2894 /* See uma.h */
2895 int
2896 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2897 {
2898         uma_keg_t keg;
2899
2900         keg = zone_first_keg(zone);
2901         if (keg == NULL)
2902                 return (0);
2903         KEG_LOCK(keg);
2904         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2905         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2906                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2907         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2908         KEG_UNLOCK(keg);
2909
2910         return (nitems);
2911 }
2912
2913 /* See uma.h */
2914 int
2915 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2916 {
2917         int nitems;
2918         uma_keg_t keg;
2919
2920         keg = zone_first_keg(zone);
2921         if (keg == NULL)
2922                 return (0);
2923         KEG_LOCK(keg);
2924         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2925         KEG_UNLOCK(keg);
2926
2927         return (nitems);
2928 }
2929
2930 /* See uma.h */
2931 void
2932 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2933 {
2934
2935         ZONE_LOCK(zone);
2936         zone->uz_warning = warning;
2937         ZONE_UNLOCK(zone);
2938 }
2939
2940 /* See uma.h */
2941 int
2942 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2943 {
2944         int64_t nitems;
2945         u_int i;
2946
2947         ZONE_LOCK(zone);
2948         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2949         CPU_FOREACH(i) {
2950                 /*
2951                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
2952                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
2953                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
2954                  */
2955                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
2956                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
2957         }
2958         ZONE_UNLOCK(zone);
2959
2960         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
2961 }
2962
2963 /* See uma.h */
2964 void
2965 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2966 {
2967         uma_keg_t keg;
2968
2969         keg = zone_first_keg(zone);
2970         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
2971         KEG_LOCK(keg);
2972         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
2973             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
2974         keg->uk_init = uminit;
2975         KEG_UNLOCK(keg);
2976 }
2977
2978 /* See uma.h */
2979 void
2980 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
2981 {
2982         uma_keg_t keg;
2983
2984         keg = zone_first_keg(zone);
2985         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
2986         KEG_LOCK(keg);
2987         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
2988             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
2989         keg->uk_fini = fini;
2990         KEG_UNLOCK(keg);
2991 }
2992
2993 /* See uma.h */
2994 void
2995 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
2996 {
2997
2998         ZONE_LOCK(zone);
2999         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3000             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3001         zone->uz_init = zinit;
3002         ZONE_UNLOCK(zone);
3003 }
3004
3005 /* See uma.h */
3006 void
3007 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3008 {
3009
3010         ZONE_LOCK(zone);
3011         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3012             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3013         zone->uz_fini = zfini;
3014         ZONE_UNLOCK(zone);
3015 }
3016
3017 /* See uma.h */
3018 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3019 void
3020 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3021 {
3022         uma_keg_t keg;
3023
3024         keg = zone_first_keg(zone);
3025         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3026         KEG_LOCK(keg);
3027         keg->uk_freef = freef;
3028         KEG_UNLOCK(keg);
3029 }
3030
3031 /* See uma.h */
3032 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3033 void
3034 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3035 {
3036         uma_keg_t keg;
3037
3038         keg = zone_first_keg(zone);
3039         KEG_LOCK(keg);
3040         keg->uk_allocf = allocf;
3041         KEG_UNLOCK(keg);
3042 }
3043
3044 /* See uma.h */
3045 void
3046 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3047 {
3048         uma_keg_t keg;
3049
3050         keg = zone_first_keg(zone);
3051         if (keg == NULL)
3052                 return;
3053         KEG_LOCK(keg);
3054         keg->uk_reserve = items;
3055         KEG_UNLOCK(keg);
3056
3057         return;
3058 }
3059
3060 /* See uma.h */
3061 int
3062 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3063 {
3064         uma_keg_t keg;
3065         vm_offset_t kva;
3066         int pages;
3067
3068         keg = zone_first_keg(zone);
3069         if (keg == NULL)
3070                 return (0);
3071         pages = count / keg->uk_ipers;
3072
3073         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3074                 pages++;
3075
3076 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3077         if (keg->uk_ppera > 1) {
3078 #else
3079         if (1) {
3080 #endif
3081                 kva = kva_alloc(pages * UMA_SLAB_SIZE);
3082                 if (kva == 0)
3083                         return (0);
3084         } else
3085                 kva = 0;
3086         KEG_LOCK(keg);
3087         keg->uk_kva = kva;
3088         keg->uk_offset = 0;
3089         keg->uk_maxpages = pages;
3090 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3091         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3092 #else
3093         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3094 #endif
3095         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3096         KEG_UNLOCK(keg);
3097
3098         return (1);
3099 }
3100
3101 /* See uma.h */
3102 void
3103 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3104 {
3105         int slabs;
3106         uma_slab_t slab;
3107         uma_keg_t keg;
3108
3109         keg = zone_first_keg(zone);
3110         if (keg == NULL)
3111                 return;
3112         KEG_LOCK(keg);
3113         slabs = items / keg->uk_ipers;
3114         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3115                 slabs++;
3116         while (slabs > 0) {
3117                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3118                 if (slab == NULL)
3119                         break;
3120                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3121                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3122                 slabs--;
3123         }
3124         KEG_UNLOCK(keg);
3125 }
3126
3127 /* See uma.h */
3128 uint32_t *
3129 uma_find_refcnt(uma_zone_t zone, void *item)
3130 {
3131         uma_slabrefcnt_t slabref;
3132         uma_slab_t slab;
3133         uma_keg_t keg;
3134         uint32_t *refcnt;
3135         int idx;
3136
3137         slab = vtoslab((vm_offset_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3138         slabref = (uma_slabrefcnt_t)slab;
3139         keg = slab->us_keg;
3140         KASSERT(keg->uk_flags & UMA_ZONE_REFCNT,
3141             ("uma_find_refcnt(): zone possibly not UMA_ZONE_REFCNT"));
3142         idx = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3143         refcnt = &slabref->us_refcnt[idx];
3144         return refcnt;
3145 }
3146
3147 /* See uma.h */
3148 void
3149 uma_reclaim(void)
3150 {
3151 #ifdef UMA_DEBUG
3152         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
3153 #endif
3154         bucket_enable();
3155         zone_foreach(zone_drain);
3156         if (vm_page_count_min()) {
3157                 cache_drain_safe(NULL);
3158                 zone_foreach(zone_drain);
3159         }
3160         /*
3161          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3162          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3163          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3164          */
3165         zone_drain(slabzone);
3166         zone_drain(slabrefzone);
3167         bucket_zone_drain();
3168 }
3169
3170 /* See uma.h */
3171 int
3172 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3173 {
3174         int full;
3175
3176         ZONE_LOCK(zone);
3177         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3178         ZONE_UNLOCK(zone);
3179         return (full);  
3180 }
3181
3182 int
3183 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3184 {
3185         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3186 }
3187
3188 void *
3189 uma_large_malloc(int size, int wait)
3190 {
3191         void *mem;
3192         uma_slab_t slab;
3193         uint8_t flags;
3194
3195         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3196         if (slab == NULL)
3197                 return (NULL);
3198         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3199         if (mem) {
3200                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3201                 slab->us_data = mem;
3202                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3203                 slab->us_size = size;
3204         } else {
3205                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3206         }
3207
3208         return (mem);
3209 }
3210
3211 void
3212 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3213 {
3214
3215         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3216         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3217 }
3218
3219 void
3220 uma_print_stats(void)
3221 {
3222         zone_foreach(uma_print_zone);
3223 }
3224
3225 static void
3226 slab_print(uma_slab_t slab)
3227 {
3228         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3229                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3230 }
3231
3232 static void
3233 cache_print(uma_cache_t cache)
3234 {
3235         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3236                 cache->uc_allocbucket,
3237                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3238                 cache->uc_freebucket,
3239                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3240 }
3241
3242 static void
3243 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3244 {
3245         uma_slab_t slab;
3246
3247         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3248             "out %d free %d limit %d\n",
3249             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3250             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3251             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free,
3252             (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3253         printf("Part slabs:\n");
3254         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3255                 slab_print(slab);
3256         printf("Free slabs:\n");
3257         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3258                 slab_print(slab);
3259         printf("Full slabs:\n");
3260         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3261                 slab_print(slab);
3262 }
3263
3264 void
3265 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3266 {
3267         uma_cache_t cache;
3268         uma_klink_t kl;
3269         int i;
3270
3271         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3272             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3273         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3274                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3275         CPU_FOREACH(i) {
3276                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3277                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3278                 cache_print(cache);
3279         }
3280 }
3281
3282 #ifdef DDB
3283 /*
3284  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3285  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3286  *
3287  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3288  * per-CPU cache statistic.
3289  *
3290  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3291  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3292  * directly so that we don't have to.
3293  */
3294 static void
3295 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3296     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3297 {
3298         uma_cache_t cache;
3299         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3300         int cachefree, cpu;
3301
3302         allocs = frees = sleeps = 0;
3303         cachefree = 0;
3304         CPU_FOREACH(cpu) {
3305                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3306                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3307                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3308                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3309                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3310                 allocs += cache->uc_allocs;
3311                 frees += cache->uc_frees;
3312         }
3313         allocs += z->uz_allocs;
3314         frees += z->uz_frees;
3315         sleeps += z->uz_sleeps;
3316         if (cachefreep != NULL)
3317                 *cachefreep = cachefree;
3318         if (allocsp != NULL)
3319                 *allocsp = allocs;
3320         if (freesp != NULL)
3321                 *freesp = frees;
3322         if (sleepsp != NULL)
3323                 *sleepsp = sleeps;
3324 }
3325 #endif /* DDB */
3326
3327 static int
3328 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3329 {
3330         uma_keg_t kz;
3331         uma_zone_t z;
3332         int count;
3333
3334         count = 0;
3335         mtx_lock(&uma_mtx);
3336         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3337                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3338                         count++;
3339         }
3340         mtx_unlock(&uma_mtx);
3341         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3342 }
3343
3344 static int
3345 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3346 {
3347         struct uma_stream_header ush;
3348         struct uma_type_header uth;
3349         struct uma_percpu_stat ups;
3350         uma_bucket_t bucket;
3351         struct sbuf sbuf;
3352         uma_cache_t cache;
3353         uma_klink_t kl;
3354         uma_keg_t kz;
3355         uma_zone_t z;
3356         uma_keg_t k;
3357         int count, error, i;
3358
3359         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3360         if (error != 0)
3361                 return (error);
3362         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3363
3364         count = 0;
3365         mtx_lock(&uma_mtx);
3366         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3367                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3368                         count++;
3369         }
3370
3371         /*
3372          * Insert stream header.
3373          */
3374         bzero(&ush, sizeof(ush));
3375         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3376         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3377         ush.ush_count = count;
3378         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3379
3380         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3381                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3382                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3383                         ZONE_LOCK(z);
3384                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3385                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3386                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3387                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3388                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3389                                 k = kl->kl_keg;
3390                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3391                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3392                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3393                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3394                                     * k->uk_ipers;
3395                         }
3396
3397                         /*
3398                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3399                          * on the keg's zone list.
3400                          */
3401                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3402                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3403                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3404
3405                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3406                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3407                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3408                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3409                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3410                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3411                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3412                         /*
3413                          * While it is not normally safe to access the cache
3414                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3415                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3416                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3417                          * accept the possible race associated with bucket
3418                          * exchange during monitoring.
3419                          */
3420                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3421                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3422                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3423                                         goto skip;
3424                                 if (CPU_ABSENT(i))
3425                                         goto skip;
3426                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3427                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3428                                         ups.ups_cache_free +=
3429                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3430                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3431                                         ups.ups_cache_free +=
3432                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3433                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3434                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3435 skip:
3436                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3437                         }
3438                         ZONE_UNLOCK(z);
3439                 }
3440         }
3441         mtx_unlock(&uma_mtx);
3442         error = sbuf_finish(&sbuf);
3443         sbuf_delete(&sbuf);
3444         return (error);
3445 }
3446
3447 #ifdef DDB
3448 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3449 {
3450         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3451         uma_bucket_t bucket;
3452         uma_keg_t kz;
3453         uma_zone_t z;
3454         int cachefree;
3455
3456         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3457             "Requests", "Sleeps");
3458         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3459                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3460                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3461                                 allocs = z->uz_allocs;
3462                                 frees = z->uz_frees;
3463                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3464                                 cachefree = 0;
3465                         } else
3466                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3467                                     &frees, &sleeps);
3468                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3469                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3470                                 cachefree += kz->uk_free;
3471                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3472                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3473                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju\n", z->uz_name,
3474                             (uintmax_t)kz->uk_size,
3475                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3476                             (uintmax_t)allocs, sleeps);
3477                         if (db_pager_quit)
3478                                 return;
3479                 }
3480         }
3481 }
3482 #endif