sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2019 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/sleepqueue.h>
  79 #include <sys/smp.h>
  80 #include <sys/smr.h>
  81 #include <sys/taskqueue.h>
  82 #include <sys/vmmeter.h>
  83
  84 #include <vm/vm.h>
  85 #include <vm/vm_param.h>
  86 #include <vm/vm_domainset.h>
  87 #include <vm/vm_object.h>
  88 #include <vm/vm_page.h>
  89 #include <vm/vm_pageout.h>
  90 #include <vm/vm_phys.h>
  91 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  92 #include <vm/vm_map.h>
  93 #include <vm/vm_kern.h>
  94 #include <vm/vm_extern.h>
  95 #include <vm/vm_dumpset.h>
  96 #include <vm/uma.h>
  97 #include <vm/uma_int.h>
  98 #include <vm/uma_dbg.h>
  99
 100 #include <ddb/ddb.h>
 101
 102 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 103 #include <vm/memguard.h>
 104 #endif
 105
 106 #include <machine/md_var.h>
 107
 108 #ifdef INVARIANTS
 109 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     1
 110 #else
 111 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     0
 112 #endif
 113
 114 /*
 115  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 116  */
 117 static uma_zone_t kegs;
 118 static uma_zone_t zones;
 119
 120 /*
 121  * On INVARIANTS builds, the slab contains a second bitset of the same size,
 122  * "dbg_bits", which is laid out immediately after us_free.
 123  */
 124 #ifdef INVARIANTS
 125 #define SLAB_BITSETS    2
 126 #else
 127 #define SLAB_BITSETS    1
 128 #endif
 129
 130 /*
 131  * These are the two zones from which all offpage uma_slab_ts are allocated.
 132  *
 133  * One zone is for slab headers that can represent a larger number of items,
 134  * making the slabs themselves more efficient, and the other zone is for
 135  * headers that are smaller and represent fewer items, making the headers more
 136  * efficient.
 137  */
 138 #define SLABZONE_SIZE(setsize)                                  \
 139     (sizeof(struct uma_hash_slab) + BITSET_SIZE(setsize) * SLAB_BITSETS)
 140 #define SLABZONE0_SETSIZE       (PAGE_SIZE / 16)
 141 #define SLABZONE1_SETSIZE       SLAB_MAX_SETSIZE
 142 #define SLABZONE0_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE0_SETSIZE)
 143 #define SLABZONE1_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE1_SETSIZE)
 144 static uma_zone_t slabzones[2];
 145
 146 /*
 147  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 148  * prior to malloc coming up.
 149  */
 150 static uma_zone_t hashzone;
 151
 152 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 153 int uma_align_cache = 64 - 1;
 154
 155 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 156 static MALLOC_DEFINE(M_UMA, "UMA", "UMA Misc");
 157
 158 /*
 159  * Are we allowed to allocate buckets?
 160  */
 161 static int bucketdisable = 1;
 162
 163 /* Linked list of all kegs in the system */
 164 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 165
 166 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 167 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 168     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 169
 170 /* This RW lock protects the keg list */
 171 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 172
 173 /*
 174  * First available virual address for boot time allocations.
 175  */
 176 static vm_offset_t bootstart;
 177 static vm_offset_t bootmem;
 178
 179 static struct sx uma_reclaim_lock;
 180
 181 /*
 182  * kmem soft limit, initialized by uma_set_limit().  Ensure that early
 183  * allocations don't trigger a wakeup of the reclaim thread.
 184  */
 185 unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 186 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_limit, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_limit, 0,
 187     "UMA kernel memory soft limit");
 188 unsigned long uma_kmem_total;
 189 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_total, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_total, 0,
 190     "UMA kernel memory usage");
 191
 192 /* Is the VM done starting up? */
 193 static enum {
 194         BOOT_COLD,
 195         BOOT_KVA,
 196         BOOT_PCPU,
 197         BOOT_RUNNING,
 198         BOOT_SHUTDOWN,
 199 } booted = BOOT_COLD;
 200
 201 /*
 202  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 203  * outside of the allocation fast path.
 204  */
 205 static struct callout uma_callout;
 206 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 207
 208 /*
 209  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 210  * a special allocation function just for zones.
 211  */
 212 struct uma_zctor_args {
 213         const char *name;
 214         size_t size;
 215         uma_ctor ctor;
 216         uma_dtor dtor;
 217         uma_init uminit;
 218         uma_fini fini;
 219         uma_import import;
 220         uma_release release;
 221         void *arg;
 222         uma_keg_t keg;
 223         int align;
 224         uint32_t flags;
 225 };
 226
 227 struct uma_kctor_args {
 228         uma_zone_t zone;
 229         size_t size;
 230         uma_init uminit;
 231         uma_fini fini;
 232         int align;
 233         uint32_t flags;
 234 };
 235
 236 struct uma_bucket_zone {
 237         uma_zone_t      ubz_zone;
 238         const char      *ubz_name;
 239         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 240         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 241 };
 242
 243 /*
 244  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 245  * of two sizes for more efficient space utilization.
 246  */
 247 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 248     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 249
 250 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 251
 252 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 253         /* Literal bucket sizes. */
 254         { NULL, "2 Bucket", 2, 4096 },
 255         { NULL, "4 Bucket", 4, 3072 },
 256         { NULL, "8 Bucket", 8, 2048 },
 257         { NULL, "16 Bucket", 16, 1024 },
 258         /* Rounded down power of 2 sizes for efficiency. */
 259         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 260         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 261         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 262         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 263         { NULL, NULL, 0}
 264 };
 265
 266 /*
 267  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 268  */
 269 enum zfreeskip {
 270         SKIP_NONE =     0,
 271         SKIP_CNT =      0x00000001,
 272         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 273         SKIP_FINI =     0x00020000,
 274 };
 275
 276 /* Prototypes.. */
 277
 278 void    uma_startup1(vm_offset_t);
 279 void    uma_startup2(void);
 280
 281 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 282 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 283 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 284 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 285 static void *contig_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 286 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 287 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 288 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 289 static void cache_drain(uma_zone_t);
 290 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 291 static void bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool);
 292 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 293 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 294 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 295 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 296 static inline void item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size,
 297     void *udata, enum zfreeskip skip);
 298 static int zero_init(void *, int, int);
 299 static void zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 300     int itemdomain, bool ws);
 301 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 302 static void zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 303 static void zone_timeout(uma_zone_t zone, void *);
 304 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
 305 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 306 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 307 static void uma_timeout(void *);
 308 static void uma_shutdown(void);
 309 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 310 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 311 static int zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags);
 312 static void zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count);
 313 static void bucket_enable(void);
 314 static void bucket_init(void);
 315 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 316 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 317 static void bucket_zone_drain(void);
 318 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 319 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 320 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 321 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 322     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 323 static int zone_import(void *, void **, int, int, int);
 324 static void zone_release(void *, void **, int);
 325 static bool cache_alloc(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, int);
 326 static bool cache_free(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, void *, int);
 327
 328 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 329 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 330 static int sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 331 static int sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 332 static int sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 333 static int sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 334 static int sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 335
 336 static uint64_t uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone);
 337
 338 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 339     "Memory allocation debugging");
 340
 341 #ifdef INVARIANTS
 342 static uint64_t uma_keg_get_allocs(uma_keg_t zone);
 343 static inline struct noslabbits *slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg);
 344
 345 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 346 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 347 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 348 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 349
 350 static u_int dbg_divisor = 1;
 351 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 352     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 353     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 354
 355 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 356 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 357 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 358     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 359 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 360     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 361 #endif
 362
 363 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, uma, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 364     "Universal Memory Allocator");
 365
 366 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_INT,
 367     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 368
 369 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_STRUCT,
 370     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 371
 372 static int zone_warnings = 1;
 373 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 374     "Warn when UMA zones becomes full");
 375
 376 static int multipage_slabs = 1;
 377 TUNABLE_INT("vm.debug.uma_multipage_slabs", &multipage_slabs);
 378 SYSCTL_INT(_vm_debug, OID_AUTO, uma_multipage_slabs,
 379     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &multipage_slabs, 0,
 380     "UMA may choose larger slab sizes for better efficiency");
 381
 382 /*
 383  * Select the slab zone for an offpage slab with the given maximum item count.
 384  */
 385 static inline uma_zone_t
 386 slabzone(int ipers)
 387 {
 388
 389         return (slabzones[ipers > SLABZONE0_SETSIZE]);
 390 }
 391
 392 /*
 393  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 394  */
 395 static void
 396 bucket_enable(void)
 397 {
 398
 399         KASSERT(booted >= BOOT_KVA, ("Bucket enable before init"));
 400         bucketdisable = vm_page_count_min();
 401 }
 402
 403 /*
 404  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 405  *
 406  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 407  * of the header and an array of pointers.
 408  */
 409 static void
 410 bucket_init(void)
 411 {
 412         struct uma_bucket_zone *ubz;
 413         int size;
 414
 415         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 416                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 417                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 418                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 419                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 420                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET |
 421                     UMA_ZONE_FIRSTTOUCH);
 422         }
 423 }
 424
 425 /*
 426  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 427  * to allocate the bucket.
 428  */
 429 static struct uma_bucket_zone *
 430 bucket_zone_lookup(int entries)
 431 {
 432         struct uma_bucket_zone *ubz;
 433
 434         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 435                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 436                         return (ubz);
 437         ubz--;
 438         return (ubz);
 439 }
 440
 441 static int
 442 bucket_select(int size)
 443 {
 444         struct uma_bucket_zone *ubz;
 445
 446         ubz = &bucket_zones[0];
 447         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 448                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 449
 450         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 451                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 452                         break;
 453         ubz--;
 454         return (ubz->ubz_entries);
 455 }
 456
 457 static uma_bucket_t
 458 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 459 {
 460         struct uma_bucket_zone *ubz;
 461         uma_bucket_t bucket;
 462
 463         /*
 464          * Don't allocate buckets early in boot.
 465          */
 466         if (__predict_false(booted < BOOT_KVA))
 467                 return (NULL);
 468
 469         /*
 470          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 471          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 472          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 473          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 474          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 475          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 476          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 477          * free path.
 478          */
 479         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 480                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 481         else {
 482                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 483                         return (NULL);
 484                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 485         }
 486         if (((uintptr_t)udata & UMA_ZONE_VM) != 0)
 487                 flags |= M_NOVM;
 488         ubz = bucket_zone_lookup(atomic_load_16(&zone->uz_bucket_size));
 489         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 490                 ubz++;
 491         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 492         if (bucket) {
 493 #ifdef INVARIANTS
 494                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 495 #endif
 496                 bucket->ub_cnt = 0;
 497                 bucket->ub_entries = min(ubz->ubz_entries,
 498                     zone->uz_bucket_size_max);
 499                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 500                 CTR3(KTR_UMA, "bucket_alloc: zone %s(%p) allocated bucket %p",
 501                     zone->uz_name, zone, bucket);
 502         }
 503
 504         return (bucket);
 505 }
 506
 507 static void
 508 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 509 {
 510         struct uma_bucket_zone *ubz;
 511
 512         if (bucket->ub_cnt != 0)
 513                 bucket_drain(zone, bucket);
 514
 515         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 516             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 517         KASSERT(bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID,
 518             ("bucket_free: Freeing an SMR bucket."));
 519         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 520                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 521         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 522         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 523 }
 524
 525 static void
 526 bucket_zone_drain(void)
 527 {
 528         struct uma_bucket_zone *ubz;
 529
 530         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 531                 uma_zone_reclaim(ubz->ubz_zone, UMA_RECLAIM_DRAIN);
 532 }
 533
 534 /*
 535  * Acquire the domain lock and record contention.
 536  */
 537 static uma_zone_domain_t
 538 zone_domain_lock(uma_zone_t zone, int domain)
 539 {
 540         uma_zone_domain_t zdom;
 541         bool lockfail;
 542
 543         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
 544         lockfail = false;
 545         if (ZDOM_OWNED(zdom))
 546                 lockfail = true;
 547         ZDOM_LOCK(zdom);
 548         /* This is unsynchronized.  The counter does not need to be precise. */
 549         if (lockfail && zone->uz_bucket_size < zone->uz_bucket_size_max)
 550                 zone->uz_bucket_size++;
 551         return (zdom);
 552 }
 553
 554 /*
 555  * Search for the domain with the least cached items and return it if it
 556  * is out of balance with the preferred domain.
 557  */
 558 static __noinline int
 559 zone_domain_lowest(uma_zone_t zone, int pref)
 560 {
 561         long least, nitems, prefitems;
 562         int domain;
 563         int i;
 564
 565         prefitems = least = LONG_MAX;
 566         domain = 0;
 567         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 568                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 569                 if (nitems < least) {
 570                         domain = i;
 571                         least = nitems;
 572                 }
 573                 if (domain == pref)
 574                         prefitems = nitems;
 575         }
 576         if (prefitems < least * 2)
 577                 return (pref);
 578
 579         return (domain);
 580 }
 581
 582 /*
 583  * Search for the domain with the most cached items and return it or the
 584  * preferred domain if it has enough to proceed.
 585  */
 586 static __noinline int
 587 zone_domain_highest(uma_zone_t zone, int pref)
 588 {
 589         long most, nitems;
 590         int domain;
 591         int i;
 592
 593         if (ZDOM_GET(zone, pref)->uzd_nitems > BUCKET_MAX)
 594                 return (pref);
 595
 596         most = 0;
 597         domain = 0;
 598         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 599                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 600                 if (nitems > most) {
 601                         domain = i;
 602                         most = nitems;
 603                 }
 604         }
 605
 606         return (domain);
 607 }
 608
 609 /*
 610  * Safely subtract cnt from imax.
 611  */
 612 static void
 613 zone_domain_imax_sub(uma_zone_domain_t zdom, int cnt)
 614 {
 615         long new;
 616         long old;
 617
 618         old = zdom->uzd_imax;
 619         do {
 620                 if (old <= cnt)
 621                         new = 0;
 622                 else
 623                         new = old - cnt;
 624         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, new) == 0);
 625 }
 626
 627 /*
 628  * Set the maximum imax value.
 629  */
 630 static void
 631 zone_domain_imax_set(uma_zone_domain_t zdom, int nitems)
 632 {
 633         long old;
 634
 635         old = zdom->uzd_imax;
 636         do {
 637                 if (old >= nitems)
 638                         break;
 639         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, nitems) == 0);
 640 }
 641
 642 /*
 643  * Attempt to satisfy an allocation by retrieving a full bucket from one of the
 644  * zone's caches.  If a bucket is found the zone is not locked on return.
 645  */
 646 static uma_bucket_t
 647 zone_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, bool reclaim)
 648 {
 649         uma_bucket_t bucket;
 650         int i;
 651         bool dtor = false;
 652
 653         ZDOM_LOCK_ASSERT(zdom);
 654
 655         if ((bucket = STAILQ_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) == NULL)
 656                 return (NULL);
 657
 658         /* SMR Buckets can not be re-used until readers expire. */
 659         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
 660             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
 661                 if (!smr_poll(zone->uz_smr, bucket->ub_seq, false))
 662                         return (NULL);
 663                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 664                 dtor = (zone->uz_dtor != NULL) || UMA_ALWAYS_CTORDTOR;
 665                 if (STAILQ_NEXT(bucket, ub_link) != NULL)
 666                         zdom->uzd_seq = STAILQ_NEXT(bucket, ub_link)->ub_seq;
 667         }
 668         STAILQ_REMOVE_HEAD(&zdom->uzd_buckets, ub_link);
 669
 670         KASSERT(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt,
 671             ("%s: item count underflow (%ld, %d)",
 672             __func__, zdom->uzd_nitems, bucket->ub_cnt));
 673         KASSERT(bucket->ub_cnt > 0,
 674             ("%s: empty bucket in bucket cache", __func__));
 675         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 676
 677         /*
 678          * Shift the bounds of the current WSS interval to avoid
 679          * perturbing the estimate.
 680          */
 681         if (reclaim) {
 682                 zdom->uzd_imin -= lmin(zdom->uzd_imin, bucket->ub_cnt);
 683                 zone_domain_imax_sub(zdom, bucket->ub_cnt);
 684         } else if (zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 685                 zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 686
 687         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 688         if (dtor)
 689                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 690                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
 691                             NULL, SKIP_NONE);
 692
 693         return (bucket);
 694 }
 695
 696 /*
 697  * Insert a full bucket into the specified cache.  The "ws" parameter indicates
 698  * whether the bucket's contents should be counted as part of the zone's working
 699  * set.  The bucket may be freed if it exceeds the bucket limit.
 700  */
 701 static void
 702 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, int domain, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 703     const bool ws)
 704 {
 705         uma_zone_domain_t zdom;
 706
 707         /* We don't cache empty buckets.  This can happen after a reclaim. */
 708         if (bucket->ub_cnt == 0)
 709                 goto out;
 710         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
 711
 712         /*
 713          * Conditionally set the maximum number of items.
 714          */
 715         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 716         if (__predict_true(zdom->uzd_nitems < zone->uz_bucket_max)) {
 717                 if (ws)
 718                         zone_domain_imax_set(zdom, zdom->uzd_nitems);
 719                 if (STAILQ_EMPTY(&zdom->uzd_buckets))
 720                         zdom->uzd_seq = bucket->ub_seq;
 721
 722                 /*
 723                  * Try to promote reuse of recently used items.  For items
 724                  * protected by SMR, try to defer reuse to minimize polling.
 725                  */
 726                 if (bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID)
 727                         STAILQ_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 728                 else
 729                         STAILQ_INSERT_TAIL(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 730                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
 731                 return;
 732         }
 733         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 734         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 735 out:
 736         bucket_free(zone, bucket, udata);
 737 }
 738
 739 /* Pops an item out of a per-cpu cache bucket. */
 740 static inline void *
 741 cache_bucket_pop(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket)
 742 {
 743         void *item;
 744
 745         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 746
 747         bucket->ucb_cnt--;
 748         item = bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt];
 749 #ifdef INVARIANTS
 750         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = NULL;
 751         KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
 752 #endif
 753         cache->uc_allocs++;
 754
 755         return (item);
 756 }
 757
 758 /* Pushes an item into a per-cpu cache bucket. */
 759 static inline void
 760 cache_bucket_push(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket, void *item)
 761 {
 762
 763         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 764         KASSERT(bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] == NULL,
 765             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
 766
 767         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = item;
 768         bucket->ucb_cnt++;
 769         cache->uc_frees++;
 770 }
 771
 772 /*
 773  * Unload a UMA bucket from a per-cpu cache.
 774  */
 775 static inline uma_bucket_t
 776 cache_bucket_unload(uma_cache_bucket_t bucket)
 777 {
 778         uma_bucket_t b;
 779
 780         b = bucket->ucb_bucket;
 781         if (b != NULL) {
 782                 MPASS(b->ub_entries == bucket->ucb_entries);
 783                 b->ub_cnt = bucket->ucb_cnt;
 784                 bucket->ucb_bucket = NULL;
 785                 bucket->ucb_entries = bucket->ucb_cnt = 0;
 786         }
 787
 788         return (b);
 789 }
 790
 791 static inline uma_bucket_t
 792 cache_bucket_unload_alloc(uma_cache_t cache)
 793 {
 794
 795         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_allocbucket));
 796 }
 797
 798 static inline uma_bucket_t
 799 cache_bucket_unload_free(uma_cache_t cache)
 800 {
 801
 802         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_freebucket));
 803 }
 804
 805 static inline uma_bucket_t
 806 cache_bucket_unload_cross(uma_cache_t cache)
 807 {
 808
 809         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_crossbucket));
 810 }
 811
 812 /*
 813  * Load a bucket into a per-cpu cache bucket.
 814  */
 815 static inline void
 816 cache_bucket_load(uma_cache_bucket_t bucket, uma_bucket_t b)
 817 {
 818
 819         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 820         MPASS(bucket->ucb_bucket == NULL);
 821         MPASS(b->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID);
 822
 823         bucket->ucb_bucket = b;
 824         bucket->ucb_cnt = b->ub_cnt;
 825         bucket->ucb_entries = b->ub_entries;
 826 }
 827
 828 static inline void
 829 cache_bucket_load_alloc(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 830 {
 831
 832         cache_bucket_load(&cache->uc_allocbucket, b);
 833 }
 834
 835 static inline void
 836 cache_bucket_load_free(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 837 {
 838
 839         cache_bucket_load(&cache->uc_freebucket, b);
 840 }
 841
 842 #ifdef NUMA
 843 static inline void
 844 cache_bucket_load_cross(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 845 {
 846
 847         cache_bucket_load(&cache->uc_crossbucket, b);
 848 }
 849 #endif
 850
 851 /*
 852  * Copy and preserve ucb_spare.
 853  */
 854 static inline void
 855 cache_bucket_copy(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
 856 {
 857
 858         b1->ucb_bucket = b2->ucb_bucket;
 859         b1->ucb_entries = b2->ucb_entries;
 860         b1->ucb_cnt = b2->ucb_cnt;
 861 }
 862
 863 /*
 864  * Swap two cache buckets.
 865  */
 866 static inline void
 867 cache_bucket_swap(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
 868 {
 869         struct uma_cache_bucket b3;
 870
 871         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 872
 873         cache_bucket_copy(&b3, b1);
 874         cache_bucket_copy(b1, b2);
 875         cache_bucket_copy(b2, &b3);
 876 }
 877
 878 /*
 879  * Attempt to fetch a bucket from a zone on behalf of the current cpu cache.
 880  */
 881 static uma_bucket_t
 882 cache_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, int domain)
 883 {
 884         uma_zone_domain_t zdom;
 885         uma_bucket_t bucket;
 886
 887         /*
 888          * Avoid the lock if possible.
 889          */
 890         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
 891         if (zdom->uzd_nitems == 0)
 892                 return (NULL);
 893
 894         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
 895             !smr_poll(zone->uz_smr, zdom->uzd_seq, false))
 896                 return (NULL);
 897
 898         /*
 899          * Check the zone's cache of buckets.
 900          */
 901         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
 902         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL)
 903                 return (bucket);
 904         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 905
 906         return (NULL);
 907 }
 908
 909 static void
 910 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 911 {
 912         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 913
 914         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 915                 return;
 916
 917         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 918                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 919 }
 920
 921 static inline void
 922 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 923 {
 924
 925         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 926                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 927 }
 928
 929 /*
 930  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 931  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 932  *
 933  * Arguments:
 934  *      arg   Unused
 935  *
 936  * Returns:
 937  *      Nothing
 938  */
 939 static void
 940 uma_timeout(void *unused)
 941 {
 942         bucket_enable();
 943         zone_foreach(zone_timeout, NULL);
 944
 945         /* Reschedule this event */
 946         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 947 }
 948
 949 /*
 950  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 951  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 952  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 953  * last 100s.
 954  */
 955 static void
 956 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 957 {
 958         long wss;
 959
 960         ZDOM_LOCK(zdom);
 961         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 962         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 963         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 964         zdom->uzd_wss = (4 * wss + zdom->uzd_wss) / 5;
 965         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 966 }
 967
 968 /*
 969  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 970  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 971  *
 972  *  Returns nothing.
 973  */
 974 static void
 975 zone_timeout(uma_zone_t zone, void *unused)
 976 {
 977         uma_keg_t keg;
 978         u_int slabs, pages;
 979
 980         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
 981                 goto update_wss;
 982
 983         keg = zone->uz_keg;
 984
 985         /*
 986          * Hash zones are non-numa by definition so the first domain
 987          * is the only one present.
 988          */
 989         KEG_LOCK(keg, 0);
 990         pages = keg->uk_domain[0].ud_pages;
 991
 992         /*
 993          * Expand the keg hash table.
 994          *
 995          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 996          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 997          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 998          */
 999         if ((slabs = pages / keg->uk_ppera) > keg->uk_hash.uh_hashsize) {
1000                 struct uma_hash newhash;
1001                 struct uma_hash oldhash;
1002                 int ret;
1003
1004                 /*
1005                  * This is so involved because allocating and freeing
1006                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
1007                  * I have to do everything in stages and check for
1008                  * races.
1009                  */
1010                 KEG_UNLOCK(keg, 0);
1011                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
1012                 KEG_LOCK(keg, 0);
1013                 if (ret) {
1014                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
1015                                 oldhash = keg->uk_hash;
1016                                 keg->uk_hash = newhash;
1017                         } else
1018                                 oldhash = newhash;
1019
1020                         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1021                         hash_free(&oldhash);
1022                         goto update_wss;
1023                 }
1024         }
1025         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1026
1027 update_wss:
1028         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1029                 zone_domain_update_wss(ZDOM_GET(zone, i));
1030 }
1031
1032 /*
1033  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
1034  * backing store.
1035  *
1036  * Arguments:
1037  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
1038  *
1039  * Returns:
1040  *      1 on success and 0 on failure.
1041  */
1042 static int
1043 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
1044 {
1045         size_t alloc;
1046
1047         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
1048         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
1049                 hash->uh_hashsize = size;
1050                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
1051                 hash->uh_slab_hash = malloc(alloc, M_UMAHASH, M_NOWAIT);
1052         } else {
1053                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
1054                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
1055                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
1056                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
1057         }
1058         if (hash->uh_slab_hash) {
1059                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
1060                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
1061                 return (1);
1062         }
1063
1064         return (0);
1065 }
1066
1067 /*
1068  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
1069  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
1070  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
1071  *
1072  * Arguments:
1073  *      oldhash  The hash you want to expand
1074  *      newhash  The hash structure for the new table
1075  *
1076  * Returns:
1077  *      Nothing
1078  *
1079  * Discussion:
1080  */
1081 static int
1082 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
1083 {
1084         uma_hash_slab_t slab;
1085         u_int hval;
1086         u_int idx;
1087
1088         if (!newhash->uh_slab_hash)
1089                 return (0);
1090
1091         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
1092                 return (0);
1093
1094         /*
1095          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
1096          * full rehash.
1097          */
1098
1099         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
1100                 while (!LIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
1101                         slab = LIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
1102                         LIST_REMOVE(slab, uhs_hlink);
1103                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->uhs_data);
1104                         LIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
1105                             slab, uhs_hlink);
1106                 }
1107
1108         return (1);
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
1113  *
1114  * Arguments:
1115  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
1116  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
1117  *
1118  * Returns:
1119  *      Nothing
1120  */
1121 static void
1122 hash_free(struct uma_hash *hash)
1123 {
1124         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
1125                 return;
1126         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
1127                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
1128         else
1129                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
1130 }
1131
1132 /*
1133  * Frees all outstanding items in a bucket
1134  *
1135  * Arguments:
1136  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
1137  *      bucket The free/alloc bucket with items.
1138  *
1139  * Returns:
1140  *      Nothing
1141  */
1142 static void
1143 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
1144 {
1145         int i;
1146
1147         if (bucket->ub_cnt == 0)
1148                 return;
1149
1150         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
1151             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
1152                 smr_wait(zone->uz_smr, bucket->ub_seq);
1153                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
1154                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1155                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i],
1156                             zone->uz_size, NULL, SKIP_NONE);
1157         }
1158         if (zone->uz_fini)
1159                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1160                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
1161         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
1162         if (zone->uz_max_items > 0)
1163                 zone_free_limit(zone, bucket->ub_cnt);
1164 #ifdef INVARIANTS
1165         bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * bucket->ub_cnt);
1166 #endif
1167         bucket->ub_cnt = 0;
1168 }
1169
1170 /*
1171  * Drains the per cpu caches for a zone.
1172  *
1173  * NOTE: This may only be called while the zone is being torn down, and not
1174  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
1175  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
1176  *
1177  * Arguments:
1178  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
1179  *
1180  * Returns:
1181  *      Nothing
1182  */
1183 static void
1184 cache_drain(uma_zone_t zone)
1185 {
1186         uma_cache_t cache;
1187         uma_bucket_t bucket;
1188         smr_seq_t seq;
1189         int cpu;
1190
1191         /*
1192          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
1193          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
1194          * of the caches at this point.
1195          *
1196          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
1197          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
1198          */
1199         seq = SMR_SEQ_INVALID;
1200         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
1201                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
1202         CPU_FOREACH(cpu) {
1203                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1204                 bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1205                 if (bucket != NULL)
1206                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1207                 bucket = cache_bucket_unload_free(cache);
1208                 if (bucket != NULL) {
1209                         bucket->ub_seq = seq;
1210                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1211                 }
1212                 bucket = cache_bucket_unload_cross(cache);
1213                 if (bucket != NULL) {
1214                         bucket->ub_seq = seq;
1215                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1216                 }
1217         }
1218         bucket_cache_reclaim(zone, true);
1219 }
1220
1221 static void
1222 cache_shrink(uma_zone_t zone, void *unused)
1223 {
1224
1225         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1226                 return;
1227
1228         zone->uz_bucket_size =
1229             (zone->uz_bucket_size_min + zone->uz_bucket_size) / 2;
1230 }
1231
1232 static void
1233 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone, void *unused)
1234 {
1235         uma_cache_t cache;
1236         uma_bucket_t b1, b2, b3;
1237         int domain;
1238
1239         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1240                 return;
1241
1242         b1 = b2 = b3 = NULL;
1243         critical_enter();
1244         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
1245         domain = PCPU_GET(domain);
1246         b1 = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1247
1248         /*
1249          * Don't flush SMR zone buckets.  This leaves the zone without a
1250          * bucket and forces every free to synchronize().
1251          */
1252         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0) {
1253                 b2 = cache_bucket_unload_free(cache);
1254                 b3 = cache_bucket_unload_cross(cache);
1255         }
1256         critical_exit();
1257
1258         if (b1 != NULL)
1259                 zone_free_bucket(zone, b1, NULL, domain, false);
1260         if (b2 != NULL)
1261                 zone_free_bucket(zone, b2, NULL, domain, false);
1262         if (b3 != NULL) {
1263                 /* Adjust the domain so it goes to zone_free_cross. */
1264                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
1265                 zone_free_bucket(zone, b3, NULL, domain, false);
1266         }
1267 }
1268
1269 /*
1270  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
1271  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
1272  * one by one and enter a critical section on each of them in order
1273  * to safely access their cache buckets.
1274  * Zone lock must not be held on call this function.
1275  */
1276 static void
1277 pcpu_cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
1278 {
1279         int cpu;
1280
1281         /*
1282          * Polite bucket sizes shrinking was not enough, shrink aggressively.
1283          */
1284         if (zone)
1285                 cache_shrink(zone, NULL);
1286         else
1287                 zone_foreach(cache_shrink, NULL);
1288
1289         CPU_FOREACH(cpu) {
1290                 thread_lock(curthread);
1291                 sched_bind(curthread, cpu);
1292                 thread_unlock(curthread);
1293
1294                 if (zone)
1295                         cache_drain_safe_cpu(zone, NULL);
1296                 else
1297                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu, NULL);
1298         }
1299         thread_lock(curthread);
1300         sched_unbind(curthread);
1301         thread_unlock(curthread);
1302 }
1303
1304 /*
1305  * Reclaim cached buckets from a zone.  All buckets are reclaimed if the caller
1306  * requested a drain, otherwise the per-domain caches are trimmed to either
1307  * estimated working set size.
1308  */
1309 static void
1310 bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool drain)
1311 {
1312         uma_zone_domain_t zdom;
1313         uma_bucket_t bucket;
1314         long target;
1315         int i;
1316
1317         /*
1318          * Shrink the zone bucket size to ensure that the per-CPU caches
1319          * don't grow too large.
1320          */
1321         if (zone->uz_bucket_size > zone->uz_bucket_size_min)
1322                 zone->uz_bucket_size--;
1323
1324         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
1325                 /*
1326                  * The cross bucket is partially filled and not part of
1327                  * the item count.  Reclaim it individually here.
1328                  */
1329                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
1330                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 || drain) {
1331                         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
1332                         bucket = zdom->uzd_cross;
1333                         zdom->uzd_cross = NULL;
1334                         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
1335                         if (bucket != NULL)
1336                                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
1337                 }
1338
1339                 /*
1340                  * If we were asked to drain the zone, we are done only once
1341                  * this bucket cache is empty.  Otherwise, we reclaim items in
1342                  * excess of the zone's estimated working set size.  If the
1343                  * difference nitems - imin is larger than the WSS estimate,
1344                  * then the estimate will grow at the end of this interval and
1345                  * we ignore the historical average.
1346                  */
1347                 ZDOM_LOCK(zdom);
1348                 target = drain ? 0 : lmax(zdom->uzd_wss, zdom->uzd_nitems -
1349                     zdom->uzd_imin);
1350                 while (zdom->uzd_nitems > target) {
1351                         bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, true);
1352                         if (bucket == NULL)
1353                                 break;
1354                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1355                         ZDOM_LOCK(zdom);
1356                 }
1357                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
1358         }
1359 }
1360
1361 static void
1362 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
1363 {
1364         uint8_t *mem;
1365         int i;
1366         uint8_t flags;
1367
1368         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
1369             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1370
1371         mem = slab_data(slab, keg);
1372         flags = slab->us_flags;
1373         i = start;
1374         if (keg->uk_fini != NULL) {
1375                 for (i--; i > -1; i--)
1376 #ifdef INVARIANTS
1377                 /*
1378                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
1379                  * would check that memory hasn't been modified since free,
1380                  * which executed trash_dtor.
1381                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
1382                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
1383                  * invocations.
1384                  */
1385                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab_item(slab, keg, i)) ||
1386                     keg->uk_fini != trash_fini)
1387 #endif
1388                         keg->uk_fini(slab_item(slab, keg, i), keg->uk_size);
1389         }
1390         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1391                 zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers), slab_tohashslab(slab),
1392                     NULL, SKIP_NONE);
1393         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
1394         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1395 }
1396
1397 static void
1398 keg_drain_domain(uma_keg_t keg, int domain)
1399 {
1400         struct slabhead freeslabs;
1401         uma_domain_t dom;
1402         uma_slab_t slab, tmp;
1403         uint32_t i, stofree, stokeep, partial;
1404
1405         dom = &keg->uk_domain[domain];
1406         LIST_INIT(&freeslabs);
1407
1408         CTR4(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) domain %d free items: %u",
1409             keg->uk_name, keg, domain, dom->ud_free_items);
1410
1411         KEG_LOCK(keg, domain);
1412
1413         /*
1414          * Are the free items in partially allocated slabs sufficient to meet
1415          * the reserve? If not, compute the number of fully free slabs that must
1416          * be kept.
1417          */
1418         partial = dom->ud_free_items - dom->ud_free_slabs * keg->uk_ipers;
1419         if (partial < keg->uk_reserve) {
1420                 stokeep = min(dom->ud_free_slabs,
1421                     howmany(keg->uk_reserve - partial, keg->uk_ipers));
1422         } else {
1423                 stokeep = 0;
1424         }
1425         stofree = dom->ud_free_slabs - stokeep;
1426
1427         /*
1428          * Partition the free slabs into two sets: those that must be kept in
1429          * order to maintain the reserve, and those that may be released back to
1430          * the system.  Since one set may be much larger than the other,
1431          * populate the smaller of the two sets and swap them if necessary.
1432          */
1433         for (i = min(stofree, stokeep); i > 0; i--) {
1434                 slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
1435                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
1436                 LIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_link);
1437         }
1438         if (stofree > stokeep)
1439                 LIST_SWAP(&freeslabs, &dom->ud_free_slab, uma_slab, us_link);
1440
1441         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0) {
1442                 LIST_FOREACH(slab, &freeslabs, us_link)
1443                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab);
1444         }
1445         dom->ud_free_items -= stofree * keg->uk_ipers;
1446         dom->ud_free_slabs -= stofree;
1447         dom->ud_pages -= stofree * keg->uk_ppera;
1448         KEG_UNLOCK(keg, domain);
1449
1450         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &freeslabs, us_link, tmp)
1451                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1452 }
1453
1454 /*
1455  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
1456  * the pageout daemon.
1457  *
1458  * Returns nothing.
1459  */
1460 static void
1461 keg_drain(uma_keg_t keg)
1462 {
1463         int i;
1464
1465         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE) != 0)
1466                 return;
1467         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1468                 keg_drain_domain(keg, i);
1469 }
1470
1471 static void
1472 zone_reclaim(uma_zone_t zone, int waitok, bool drain)
1473 {
1474
1475         /*
1476          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1477          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1478          * is the only call that knows the structure will still be available
1479          * when it wakes up.
1480          */
1481         ZONE_LOCK(zone);
1482         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_RECLAIMING) {
1483                 if (waitok == M_NOWAIT)
1484                         goto out;
1485                 msleep(zone, &ZDOM_GET(zone, 0)->uzd_lock, PVM, "zonedrain",
1486                     1);
1487         }
1488         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_RECLAIMING;
1489         ZONE_UNLOCK(zone);
1490         bucket_cache_reclaim(zone, drain);
1491
1492         /*
1493          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1494          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1495          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1496          */
1497         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0)
1498                 keg_drain(zone->uz_keg);
1499         ZONE_LOCK(zone);
1500         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_RECLAIMING;
1501         wakeup(zone);
1502 out:
1503         ZONE_UNLOCK(zone);
1504 }
1505
1506 static void
1507 zone_drain(uma_zone_t zone, void *unused)
1508 {
1509
1510         zone_reclaim(zone, M_NOWAIT, true);
1511 }
1512
1513 static void
1514 zone_trim(uma_zone_t zone, void *unused)
1515 {
1516
1517         zone_reclaim(zone, M_NOWAIT, false);
1518 }
1519
1520 /*
1521  * Allocate a new slab for a keg and inserts it into the partial slab list.
1522  * The keg should be unlocked on entry.  If the allocation succeeds it will
1523  * be locked on return.
1524  *
1525  * Arguments:
1526  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1527  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1528  *
1529  * Returns:
1530  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1531  *      caller specified M_NOWAIT.
1532  */
1533 static uma_slab_t
1534 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1535     int aflags)
1536 {
1537         uma_domain_t dom;
1538         uma_alloc allocf;
1539         uma_slab_t slab;
1540         unsigned long size;
1541         uint8_t *mem;
1542         uint8_t sflags;
1543         int i;
1544
1545         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1546             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1547
1548         allocf = keg->uk_allocf;
1549         slab = NULL;
1550         mem = NULL;
1551         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) {
1552                 uma_hash_slab_t hslab;
1553                 hslab = zone_alloc_item(slabzone(keg->uk_ipers), NULL,
1554                     domain, aflags);
1555                 if (hslab == NULL)
1556                         goto fail;
1557                 slab = &hslab->uhs_slab;
1558         }
1559
1560         /*
1561          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1562          * first time they are added to a zone.
1563          *
1564          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1565          */
1566
1567         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1568                 aflags |= M_ZERO;
1569         else
1570                 aflags &= ~M_ZERO;
1571
1572         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1573                 aflags |= M_NODUMP;
1574
1575         /* zone is passed for legacy reasons. */
1576         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1577         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1578         if (mem == NULL) {
1579                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1580                         zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers),
1581                             slab_tohashslab(slab), NULL, SKIP_NONE);
1582                 goto fail;
1583         }
1584         uma_total_inc(size);
1585
1586         /* For HASH zones all pages go to the same uma_domain. */
1587         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
1588                 domain = 0;
1589
1590         /* Point the slab into the allocated memory */
1591         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE))
1592                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1593         else
1594                 slab_tohashslab(slab)->uhs_data = mem;
1595
1596         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
1597                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1598                         vsetzoneslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
1599                             zone, slab);
1600
1601         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1602         slab->us_flags = sflags;
1603         slab->us_domain = domain;
1604
1605         BIT_FILL(keg->uk_ipers, &slab->us_free);
1606 #ifdef INVARIANTS
1607         BIT_ZERO(keg->uk_ipers, slab_dbg_bits(slab, keg));
1608 #endif
1609
1610         if (keg->uk_init != NULL) {
1611                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1612                         if (keg->uk_init(slab_item(slab, keg, i),
1613                             keg->uk_size, flags) != 0)
1614                                 break;
1615                 if (i != keg->uk_ipers) {
1616                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1617                         goto fail;
1618                 }
1619         }
1620         KEG_LOCK(keg, domain);
1621
1622         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1623             slab, keg->uk_name, keg);
1624
1625         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
1626                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1627
1628         /*
1629          * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
1630          * and return.  We assume that the caller is going to remove
1631          * at least one item.
1632          */
1633         dom = &keg->uk_domain[domain];
1634         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
1635         dom->ud_pages += keg->uk_ppera;
1636         dom->ud_free_items += keg->uk_ipers;
1637
1638         return (slab);
1639
1640 fail:
1641         return (NULL);
1642 }
1643
1644 /*
1645  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1646  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1647  * the VM is ready.
1648  */
1649 static void *
1650 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1651     int wait)
1652 {
1653         vm_paddr_t pa;
1654         vm_page_t m;
1655         void *mem;
1656         int pages;
1657         int i;
1658
1659         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1660         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1661
1662         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1663         m = vm_page_alloc_contig_domain(NULL, 0, domain,
1664             malloc2vm_flags(wait) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED, pages,
1665             (vm_paddr_t)0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
1666         if (m == NULL)
1667                 return (NULL);
1668
1669         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1670         for (i = 0; i < pages; i++, pa += PAGE_SIZE) {
1671 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1672     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1673                 if ((wait & M_NODUMP) == 0)
1674                         dump_add_page(pa);
1675 #endif
1676         }
1677         /* Allocate KVA and indirectly advance bootmem. */
1678         mem = (void *)pmap_map(&bootmem, m->phys_addr,
1679             m->phys_addr + (pages * PAGE_SIZE), VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
1680         if ((wait & M_ZERO) != 0)
1681                 bzero(mem, pages * PAGE_SIZE);
1682
1683         return (mem);
1684 }
1685
1686 static void
1687 startup_free(void *mem, vm_size_t bytes)
1688 {
1689         vm_offset_t va;
1690         vm_page_t m;
1691
1692         va = (vm_offset_t)mem;
1693         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
1694
1695         /*
1696          * startup_alloc() returns direct-mapped slabs on some platforms.  Avoid
1697          * unmapping ranges of the direct map.
1698          */
1699         if (va >= bootstart && va + bytes <= bootmem)
1700                 pmap_remove(kernel_pmap, va, va + bytes);
1701         for (; bytes != 0; bytes -= PAGE_SIZE, m++) {
1702 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1703     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1704                 dump_drop_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1705 #endif
1706                 vm_page_unwire_noq(m);
1707                 vm_page_free(m);
1708         }
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Allocates a number of pages from the system
1713  *
1714  * Arguments:
1715  *      bytes  The number of bytes requested
1716  *      wait  Shall we wait?
1717  *
1718  * Returns:
1719  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1720  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1721  */
1722 static void *
1723 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1724     int wait)
1725 {
1726         void *p;        /* Returned page */
1727
1728         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1729         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1730
1731         return (p);
1732 }
1733
1734 static void *
1735 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1736     int wait)
1737 {
1738         struct pglist alloctail;
1739         vm_offset_t addr, zkva;
1740         int cpu, flags;
1741         vm_page_t p, p_next;
1742 #ifdef NUMA
1743         struct pcpu *pc;
1744 #endif
1745
1746         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1747
1748         TAILQ_INIT(&alloctail);
1749         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1750             malloc2vm_flags(wait);
1751         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1752         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1753                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1754                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1755                 } else {
1756 #ifndef NUMA
1757                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1758 #else
1759                         pc = pcpu_find(cpu);
1760                         if (__predict_false(VM_DOMAIN_EMPTY(pc->pc_domain)))
1761                                 p = NULL;
1762                         else
1763                                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1764                                     pc->pc_domain, flags);
1765                         if (__predict_false(p == NULL))
1766                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1767 #endif
1768                 }
1769                 if (__predict_false(p == NULL))
1770                         goto fail;
1771                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1772         }
1773         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1774                 goto fail;
1775         zkva = addr;
1776         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1777                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1778                 zkva += PAGE_SIZE;
1779         }
1780         return ((void*)addr);
1781 fail:
1782         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1783                 vm_page_unwire_noq(p);
1784                 vm_page_free(p);
1785         }
1786         return (NULL);
1787 }
1788
1789 /*
1790  * Allocates a number of pages from within an object
1791  *
1792  * Arguments:
1793  *      bytes  The number of bytes requested
1794  *      wait   Shall we wait?
1795  *
1796  * Returns:
1797  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1798  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1799  */
1800 static void *
1801 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1802     int wait)
1803 {
1804         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1805         u_long npages;
1806         vm_offset_t retkva, zkva;
1807         vm_page_t p, p_next;
1808         uma_keg_t keg;
1809
1810         TAILQ_INIT(&alloctail);
1811         keg = zone->uz_keg;
1812
1813         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1814         while (npages > 0) {
1815                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1816                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1817                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1818                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1819                 if (p != NULL) {
1820                         /*
1821                          * Since the page does not belong to an object, its
1822                          * listq is unused.
1823                          */
1824                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1825                         npages--;
1826                         continue;
1827                 }
1828                 /*
1829                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1830                  * exit.
1831                  */
1832                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1833                         vm_page_unwire_noq(p);
1834                         vm_page_free(p);
1835                 }
1836                 return (NULL);
1837         }
1838         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1839         zkva = keg->uk_kva +
1840             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1841         retkva = zkva;
1842         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1843                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1844                 zkva += PAGE_SIZE;
1845         }
1846
1847         return ((void *)retkva);
1848 }
1849
1850 /*
1851  * Allocate physically contiguous pages.
1852  */
1853 static void *
1854 contig_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1855     int wait)
1856 {
1857
1858         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1859         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
1860             bytes, wait, 0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Frees a number of pages to the system
1865  *
1866  * Arguments:
1867  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1868  *      size  The size of the memory being freed
1869  *      flags The original p->us_flags field
1870  *
1871  * Returns:
1872  *      Nothing
1873  */
1874 static void
1875 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1876 {
1877
1878         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1879                 startup_free(mem, size);
1880                 return;
1881         }
1882
1883         KASSERT((flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
1884             ("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags));
1885
1886         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1887 }
1888
1889 /*
1890  * Frees pcpu zone allocations
1891  *
1892  * Arguments:
1893  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1894  *      size  The size of the memory being freed
1895  *      flags The original p->us_flags field
1896  *
1897  * Returns:
1898  *      Nothing
1899  */
1900 static void
1901 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1902 {
1903         vm_offset_t sva, curva;
1904         vm_paddr_t paddr;
1905         vm_page_t m;
1906
1907         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1908
1909         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1910                 startup_free(mem, size);
1911                 return;
1912         }
1913
1914         sva = (vm_offset_t)mem;
1915         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1916                 paddr = pmap_kextract(curva);
1917                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1918                 vm_page_unwire_noq(m);
1919                 vm_page_free(m);
1920         }
1921         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1922         kva_free(sva, size);
1923 }
1924
1925 /*
1926  * Zero fill initializer
1927  *
1928  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1929  */
1930 static int
1931 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1932 {
1933         bzero(mem, size);
1934         return (0);
1935 }
1936
1937 #ifdef INVARIANTS
1938 static struct noslabbits *
1939 slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg)
1940 {
1941
1942         return ((void *)((char *)&slab->us_free + BITSET_SIZE(keg->uk_ipers)));
1943 }
1944 #endif
1945
1946 /*
1947  * Actual size of embedded struct slab (!OFFPAGE).
1948  */
1949 static size_t
1950 slab_sizeof(int nitems)
1951 {
1952         size_t s;
1953
1954         s = sizeof(struct uma_slab) + BITSET_SIZE(nitems) * SLAB_BITSETS;
1955         return (roundup(s, UMA_ALIGN_PTR + 1));
1956 }
1957
1958 #define UMA_FIXPT_SHIFT 31
1959 #define UMA_FRAC_FIXPT(n, d)                                            \
1960         ((uint32_t)(((uint64_t)(n) << UMA_FIXPT_SHIFT) / (d)))
1961 #define UMA_FIXPT_PCT(f)                                                \
1962         ((u_int)(((uint64_t)100 * (f)) >> UMA_FIXPT_SHIFT))
1963 #define UMA_PCT_FIXPT(pct)      UMA_FRAC_FIXPT((pct), 100)
1964 #define UMA_MIN_EFF     UMA_PCT_FIXPT(100 - UMA_MAX_WASTE)
1965
1966 /*
1967  * Compute the number of items that will fit in a slab.  If hdr is true, the
1968  * item count may be limited to provide space in the slab for an inline slab
1969  * header.  Otherwise, all slab space will be provided for item storage.
1970  */
1971 static u_int
1972 slab_ipers_hdr(u_int size, u_int rsize, u_int slabsize, bool hdr)
1973 {
1974         u_int ipers;
1975         u_int padpi;
1976
1977         /* The padding between items is not needed after the last item. */
1978         padpi = rsize - size;
1979
1980         if (hdr) {
1981                 /*
1982                  * Start with the maximum item count and remove items until
1983                  * the slab header first alongside the allocatable memory.
1984                  */
1985                 for (ipers = MIN(SLAB_MAX_SETSIZE,
1986                     (slabsize + padpi - slab_sizeof(1)) / rsize);
1987                     ipers > 0 &&
1988                     ipers * rsize - padpi + slab_sizeof(ipers) > slabsize;
1989                     ipers--)
1990                         continue;
1991         } else {
1992                 ipers = MIN((slabsize + padpi) / rsize, SLAB_MAX_SETSIZE);
1993         }
1994
1995         return (ipers);
1996 }
1997
1998 struct keg_layout_result {
1999         u_int format;
2000         u_int slabsize;
2001         u_int ipers;
2002         u_int eff;
2003 };
2004
2005 static void
2006 keg_layout_one(uma_keg_t keg, u_int rsize, u_int slabsize, u_int fmt,
2007     struct keg_layout_result *kl)
2008 {
2009         u_int total;
2010
2011         kl->format = fmt;
2012         kl->slabsize = slabsize;
2013
2014         /* Handle INTERNAL as inline with an extra page. */
2015         if ((fmt & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0) {
2016                 kl->format &= ~UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2017                 kl->slabsize += PAGE_SIZE;
2018         }
2019
2020         kl->ipers = slab_ipers_hdr(keg->uk_size, rsize, kl->slabsize,
2021             (fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) == 0);
2022
2023         /* Account for memory used by an offpage slab header. */
2024         total = kl->slabsize;
2025         if ((fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
2026                 total += slabzone(kl->ipers)->uz_keg->uk_rsize;
2027
2028         kl->eff = UMA_FRAC_FIXPT(kl->ipers * rsize, total);
2029 }
2030
2031 /*
2032  * Determine the format of a uma keg.  This determines where the slab header
2033  * will be placed (inline or offpage) and calculates ipers, rsize, and ppera.
2034  *
2035  * Arguments
2036  *      keg  The zone we should initialize
2037  *
2038  * Returns
2039  *      Nothing
2040  */
2041 static void
2042 keg_layout(uma_keg_t keg)
2043 {
2044         struct keg_layout_result kl = {}, kl_tmp;
2045         u_int fmts[2];
2046         u_int alignsize;
2047         u_int nfmt;
2048         u_int pages;
2049         u_int rsize;
2050         u_int slabsize;
2051         u_int i, j;
2052
2053         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
2054             (keg->uk_size <= UMA_PCPU_ALLOC_SIZE &&
2055              (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) == 0),
2056             ("%s: cannot configure for PCPU: keg=%s, size=%u, flags=0x%b",
2057              __func__, keg->uk_name, keg->uk_size, keg->uk_flags,
2058              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2059         KASSERT((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) == 0 ||
2060             (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0,
2061             ("%s: incompatible flags 0x%b", __func__, keg->uk_flags,
2062              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2063
2064         alignsize = keg->uk_align + 1;
2065
2066         /*
2067          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
2068          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
2069          * allocation bits for we round it up.
2070          */
2071         rsize = MAX(keg->uk_size, UMA_SMALLEST_UNIT);
2072         rsize = roundup2(rsize, alignsize);
2073
2074         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) != 0) {
2075                 /*
2076                  * We want one item to start on every align boundary in a page.
2077                  * To do this we will span pages.  We will also extend the item
2078                  * by the size of align if it is an even multiple of align.
2079                  * Otherwise, it would fall on the same boundary every time.
2080                  */
2081                 if ((rsize & alignsize) == 0)
2082                         rsize += alignsize;
2083                 slabsize = rsize * (PAGE_SIZE / alignsize);
2084                 slabsize = MIN(slabsize, rsize * SLAB_MAX_SETSIZE);
2085                 slabsize = MIN(slabsize, UMA_CACHESPREAD_MAX_SIZE);
2086                 slabsize = round_page(slabsize);
2087         } else {
2088                 /*
2089                  * Start with a slab size of as many pages as it takes to
2090                  * represent a single item.  We will try to fit as many
2091                  * additional items into the slab as possible.
2092                  */
2093                 slabsize = round_page(keg->uk_size);
2094         }
2095
2096         /* Build a list of all of the available formats for this keg. */
2097         nfmt = 0;
2098
2099         /* Evaluate an inline slab layout. */
2100         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0)
2101                 fmts[nfmt++] = 0;
2102
2103         /* TODO: vm_page-embedded slab. */
2104
2105         /*
2106          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
2107          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
2108          * may end up going to the VM for slabs which we do not want
2109          * to do if we're UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
2110          * In those cases, evaluate a pseudo-format called INTERNAL
2111          * which has an inline slab header and one extra page to
2112          * guarantee that it fits.
2113          *
2114          * Otherwise, see if using an OFFPAGE slab will improve our
2115          * efficiency.
2116          */
2117         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) != 0)
2118                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2119         else
2120                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_OFFPAGE;
2121
2122         /*
2123          * Choose a slab size and format which satisfy the minimum efficiency.
2124          * Prefer the smallest slab size that meets the constraints.
2125          *
2126          * Start with a minimum slab size, to accommodate CACHESPREAD.  Then,
2127          * for small items (up to PAGE_SIZE), the iteration increment is one
2128          * page; and for large items, the increment is one item.
2129          */
2130         i = (slabsize + rsize - keg->uk_size) / MAX(PAGE_SIZE, rsize);
2131         KASSERT(i >= 1, ("keg %s(%p) flags=0x%b slabsize=%u, rsize=%u, i=%u",
2132             keg->uk_name, keg, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, slabsize,
2133             rsize, i));
2134         for ( ; ; i++) {
2135                 slabsize = (rsize <= PAGE_SIZE) ? ptoa(i) :
2136                     round_page(rsize * (i - 1) + keg->uk_size);
2137
2138                 for (j = 0; j < nfmt; j++) {
2139                         /* Only if we have no viable format yet. */
2140                         if ((fmts[j] & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0 &&
2141                             kl.ipers > 0)
2142                                 continue;
2143
2144                         keg_layout_one(keg, rsize, slabsize, fmts[j], &kl_tmp);
2145                         if (kl_tmp.eff <= kl.eff)
2146                                 continue;
2147
2148                         kl = kl_tmp;
2149
2150                         CTR6(KTR_UMA, "keg %s layout: format %#x "
2151                             "(ipers %u * rsize %u) / slabsize %#x = %u%% eff",
2152                             keg->uk_name, kl.format, kl.ipers, rsize,
2153                             kl.slabsize, UMA_FIXPT_PCT(kl.eff));
2154
2155                         /* Stop when we reach the minimum efficiency. */
2156                         if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF)
2157                                 break;
2158                 }
2159
2160                 if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF || !multipage_slabs ||
2161                     slabsize >= SLAB_MAX_SETSIZE * rsize ||
2162                     (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_PCPU | UMA_ZONE_CONTIG)) != 0)
2163                         break;
2164         }
2165
2166         pages = atop(kl.slabsize);
2167         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
2168                 pages *= mp_maxid + 1;
2169
2170         keg->uk_rsize = rsize;
2171         keg->uk_ipers = kl.ipers;
2172         keg->uk_ppera = pages;
2173         keg->uk_flags |= kl.format;
2174
2175         /*
2176          * How do we find the slab header if it is offpage or if not all item
2177          * start addresses are in the same page?  We could solve the latter
2178          * case with vaddr alignment, but we don't.
2179          */
2180         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0 ||
2181             (keg->uk_ipers - 1) * rsize >= PAGE_SIZE) {
2182                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOTPAGE) != 0)
2183                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_HASH;
2184                 else
2185                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2186         }
2187
2188         CTR6(KTR_UMA, "%s: keg=%s, flags=%#x, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u",
2189             __func__, keg->uk_name, keg->uk_flags, rsize, keg->uk_ipers,
2190             pages);
2191         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_MAX_SETSIZE,
2192             ("%s: keg=%s, flags=0x%b, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u", __func__,
2193              keg->uk_name, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, rsize,
2194              keg->uk_ipers, pages));
2195 }
2196
2197 /*
2198  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
2199  * the keg onto the global keg list.
2200  *
2201  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2202  *      udata  Actually uma_kctor_args
2203  */
2204 static int
2205 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2206 {
2207         struct uma_kctor_args *arg = udata;
2208         uma_keg_t keg = mem;
2209         uma_zone_t zone;
2210         int i;
2211
2212         bzero(keg, size);
2213         keg->uk_size = arg->size;
2214         keg->uk_init = arg->uminit;
2215         keg->uk_fini = arg->fini;
2216         keg->uk_align = arg->align;
2217         keg->uk_reserve = 0;
2218         keg->uk_flags = arg->flags;
2219
2220         /*
2221          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
2222          * UMA_ZONE_FIRSTTOUCH set will use first-touch instead, in which
2223          * case the iterator is never run.
2224          */
2225         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
2226         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
2227
2228         /*
2229          * The primary zone is passed to us at keg-creation time.
2230          */
2231         zone = arg->zone;
2232         keg->uk_name = zone->uz_name;
2233
2234         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
2235                 keg->uk_init = zero_init;
2236
2237         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2238                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2239
2240 #ifndef SMP
2241         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
2242 #endif
2243
2244         keg_layout(keg);
2245
2246         /*
2247          * Use a first-touch NUMA policy for kegs that pmap_extract() will
2248          * work on.  Use round-robin for everything else.
2249          *
2250          * Zones may override the default by specifying either.
2251          */
2252 #ifdef NUMA
2253         if ((keg->uk_flags &
2254             (UMA_ZONE_ROUNDROBIN | UMA_ZFLAG_CACHE | UMA_ZONE_NOTPAGE)) == 0)
2255                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_FIRSTTOUCH;
2256         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2257                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2258 #endif
2259
2260         /*
2261          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
2262          * startup cache until the vm is ready.
2263          */
2264 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2265         if (keg->uk_ppera == 1)
2266                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
2267         else
2268 #endif
2269         if (booted < BOOT_KVA)
2270                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
2271         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2272                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2273         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 && keg->uk_ppera > 1)
2274                 keg->uk_allocf = contig_alloc;
2275         else
2276                 keg->uk_allocf = page_alloc;
2277 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2278         if (keg->uk_ppera == 1)
2279                 keg->uk_freef = uma_small_free;
2280         else
2281 #endif
2282         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2283                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
2284         else
2285                 keg->uk_freef = page_free;
2286
2287         /*
2288          * Initialize keg's locks.
2289          */
2290         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2291                 KEG_LOCK_INIT(keg, i, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2292
2293         /*
2294          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
2295          * figure out where in each page it goes.  See slab_sizeof
2296          * definition.
2297          */
2298         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)) {
2299                 size_t shsize;
2300
2301                 shsize = slab_sizeof(keg->uk_ipers);
2302                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - shsize;
2303                 /*
2304                  * The only way the following is possible is if with our
2305                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
2306                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
2307                  * mathematically possible for all cases, so we make
2308                  * sure here anyway.
2309                  */
2310                 KASSERT(keg->uk_pgoff + shsize <= PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
2311                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
2312                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
2313         }
2314
2315         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
2316                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
2317
2318         CTR3(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p)", keg, zone->uz_name, zone);
2319
2320         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
2321
2322         rw_wlock(&uma_rwlock);
2323         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
2324         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2325         return (0);
2326 }
2327
2328 static void
2329 zone_kva_available(uma_zone_t zone, void *unused)
2330 {
2331         uma_keg_t keg;
2332
2333         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
2334                 return;
2335         KEG_GET(zone, keg);
2336
2337         if (keg->uk_allocf == startup_alloc) {
2338                 /* Switch to the real allocator. */
2339                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2340                         keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2341                 else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 &&
2342                     keg->uk_ppera > 1)
2343                         keg->uk_allocf = contig_alloc;
2344                 else
2345                         keg->uk_allocf = page_alloc;
2346         }
2347 }
2348
2349 static void
2350 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone, void *unused)
2351 {
2352
2353         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2354         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2355         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2356         zone->uz_xdomain = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2357 }
2358
2359 static void
2360 zone_alloc_sysctl(uma_zone_t zone, void *unused)
2361 {
2362         uma_zone_domain_t zdom;
2363         uma_domain_t dom;
2364         uma_keg_t keg;
2365         struct sysctl_oid *oid, *domainoid;
2366         int domains, i, cnt;
2367         static const char *nokeg = "cache zone";
2368         char *c;
2369
2370         /*
2371          * Make a sysctl safe copy of the zone name by removing
2372          * any special characters and handling dups by appending
2373          * an index.
2374          */
2375         if (zone->uz_namecnt != 0) {
2376                 /* Count the number of decimal digits and '_' separator. */
2377                 for (i = 1, cnt = zone->uz_namecnt; cnt != 0; i++)
2378                         cnt /= 10;
2379                 zone->uz_ctlname = malloc(strlen(zone->uz_name) + i + 1,
2380                     M_UMA, M_WAITOK);
2381                 sprintf(zone->uz_ctlname, "%s_%d", zone->uz_name,
2382                     zone->uz_namecnt);
2383         } else
2384                 zone->uz_ctlname = strdup(zone->uz_name, M_UMA);
2385         for (c = zone->uz_ctlname; *c != '\0'; c++)
2386                 if (strchr("./\\ -", *c) != NULL)
2387                         *c = '_';
2388
2389         /*
2390          * Basic parameters at the root.
2391          */
2392         zone->uz_oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_vm_uma),
2393             OID_AUTO, zone->uz_ctlname, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2394         oid = zone->uz_oid;
2395         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2396             "size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_size, 0, "Allocation size");
2397         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2398             "flags", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_MPSAFE,
2399             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_flags, "A",
2400             "Allocator configuration flags");
2401         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2402             "bucket_size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size, 0,
2403             "Desired per-cpu cache size");
2404         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2405             "bucket_size_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size_max, 0,
2406             "Maximum allowed per-cpu cache size");
2407
2408         /*
2409          * keg if present.
2410          */
2411         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
2412                 domains = vm_ndomains;
2413         else
2414                 domains = 1;
2415         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2416             "keg", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2417         keg = zone->uz_keg;
2418         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0) {
2419                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2420                     "name", CTLFLAG_RD, keg->uk_name, "Keg name");
2421                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2422                     "rsize", CTLFLAG_RD, &keg->uk_rsize, 0,
2423                     "Real object size with alignment");
2424                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2425                     "ppera", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ppera, 0,
2426                     "pages per-slab allocation");
2427                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2428                     "ipers", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ipers, 0,
2429                     "items available per-slab");
2430                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2431                     "align", CTLFLAG_RD, &keg->uk_align, 0,
2432                     "item alignment mask");
2433                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2434                     "reserve", CTLFLAG_RD, &keg->uk_reserve, 0,
2435                     "number of reserved items");
2436                 SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2437                     "efficiency", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2438                     keg, 0, sysctl_handle_uma_slab_efficiency, "I",
2439                     "Slab utilization (100 - internal fragmentation %)");
2440                 domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid),
2441                     OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2442                 for (i = 0; i < domains; i++) {
2443                         dom = &keg->uk_domain[i];
2444                         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2445                             OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2446                             CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2447                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2448                             "pages", CTLFLAG_RD, &dom->ud_pages, 0,
2449                             "Total pages currently allocated from VM");
2450                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2451                             "free_items", CTLFLAG_RD, &dom->ud_free_items, 0,
2452                             "items free in the slab layer");
2453                 }
2454         } else
2455                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2456                     "name", CTLFLAG_RD, nokeg, "Keg name");
2457
2458         /*
2459          * Information about zone limits.
2460          */
2461         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2462             "limit", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2463         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2464             "items", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2465             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_items, "QU",
2466             "Current number of allocated items if limit is set");
2467         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2468             "max_items", CTLFLAG_RD, &zone->uz_max_items, 0,
2469             "Maximum number of allocated and cached items");
2470         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2471             "sleepers", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleepers, 0,
2472             "Number of threads sleeping at limit");
2473         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2474             "sleeps", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleeps, 0,
2475             "Total zone limit sleeps");
2476         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2477             "bucket_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_max, 0,
2478             "Maximum number of items in each domain's bucket cache");
2479
2480         /*
2481          * Per-domain zone information.
2482          */
2483         domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid),
2484             OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2485         for (i = 0; i < domains; i++) {
2486                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2487                 oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2488                     OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2489                     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2490                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2491                     "nitems", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_nitems,
2492                     "number of items in this domain");
2493                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2494                     "imax", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imax,
2495                     "maximum item count in this period");
2496                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2497                     "imin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imin,
2498                     "minimum item count in this period");
2499                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2500                     "wss", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_wss,
2501                     "Working set size");
2502         }
2503
2504         /*
2505          * General statistics.
2506          */
2507         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2508             "stats", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2509         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2510             "current", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2511             zone, 1, sysctl_handle_uma_zone_cur, "I",
2512             "Current number of allocated items");
2513         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2514             "allocs", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2515             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_allocs, "QU",
2516             "Total allocation calls");
2517         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2518             "frees", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2519             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_frees, "QU",
2520             "Total free calls");
2521         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2522             "fails", CTLFLAG_RD, &zone->uz_fails,
2523             "Number of allocation failures");
2524         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2525             "xdomain", CTLFLAG_RD, &zone->uz_xdomain,
2526             "Free calls from the wrong domain");
2527 }
2528
2529 struct uma_zone_count {
2530         const char      *name;
2531         int             count;
2532 };
2533
2534 static void
2535 zone_count(uma_zone_t zone, void *arg)
2536 {
2537         struct uma_zone_count *cnt;
2538
2539         cnt = arg;
2540         /*
2541          * Some zones are rapidly created with identical names and
2542          * destroyed out of order.  This can lead to gaps in the count.
2543          * Use one greater than the maximum observed for this name.
2544          */
2545         if (strcmp(zone->uz_name, cnt->name) == 0)
2546                 cnt->count = MAX(cnt->count,
2547                     zone->uz_namecnt + 1);
2548 }
2549
2550 static void
2551 zone_update_caches(uma_zone_t zone)
2552 {
2553         int i;
2554
2555         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2556                 cache_set_uz_size(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_size);
2557                 cache_set_uz_flags(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_flags);
2558         }
2559 }
2560
2561 /*
2562  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
2563  *
2564  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2565  *      udata  Actually uma_zctor_args
2566  */
2567 static int
2568 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2569 {
2570         struct uma_zone_count cnt;
2571         struct uma_zctor_args *arg = udata;
2572         uma_zone_domain_t zdom;
2573         uma_zone_t zone = mem;
2574         uma_zone_t z;
2575         uma_keg_t keg;
2576         int i;
2577
2578         bzero(zone, size);
2579         zone->uz_name = arg->name;
2580         zone->uz_ctor = arg->ctor;
2581         zone->uz_dtor = arg->dtor;
2582         zone->uz_init = NULL;
2583         zone->uz_fini = NULL;
2584         zone->uz_sleeps = 0;
2585         zone->uz_bucket_size = 0;
2586         zone->uz_bucket_size_min = 0;
2587         zone->uz_bucket_size_max = BUCKET_MAX;
2588         zone->uz_flags = (arg->flags & UMA_ZONE_SMR);
2589         zone->uz_warning = NULL;
2590         /* The domain structures follow the cpu structures. */
2591         zone->uz_bucket_max = ULONG_MAX;
2592         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
2593
2594         /* Count the number of duplicate names. */
2595         cnt.name = arg->name;
2596         cnt.count = 0;
2597         zone_foreach(zone_count, &cnt);
2598         zone->uz_namecnt = cnt.count;
2599         ZONE_CROSS_LOCK_INIT(zone);
2600
2601         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2602                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2603                 ZDOM_LOCK_INIT(zone, zdom, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2604                 STAILQ_INIT(&zdom->uzd_buckets);
2605         }
2606
2607 #ifdef INVARIANTS
2608         if (arg->uminit == trash_init && arg->fini == trash_fini)
2609                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_TRASH | UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2610 #endif
2611
2612         /*
2613          * This is a pure cache zone, no kegs.
2614          */
2615         if (arg->import) {
2616                 KASSERT((arg->flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0,
2617                     ("zone_ctor: Import specified for non-cache zone."));
2618                 zone->uz_flags = arg->flags;
2619                 zone->uz_size = arg->size;
2620                 zone->uz_import = arg->import;
2621                 zone->uz_release = arg->release;
2622                 zone->uz_arg = arg->arg;
2623 #ifdef NUMA
2624                 /*
2625                  * Cache zones are round-robin unless a policy is
2626                  * specified because they may have incompatible
2627                  * constraints.
2628                  */
2629                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2630                         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2631 #endif
2632                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2633                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
2634                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2635                 goto out;
2636         }
2637
2638         /*
2639          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
2640          */
2641         zone->uz_import = zone_import;
2642         zone->uz_release = zone_release;
2643         zone->uz_arg = zone;
2644         keg = arg->keg;
2645
2646         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
2647                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
2648                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
2649                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
2650                 zone->uz_init = arg->uminit;
2651                 zone->uz_fini = arg->fini;
2652                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
2653                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2654                 ZONE_LOCK(zone);
2655                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
2656                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
2657                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
2658                                 break;
2659                         }
2660                 }
2661                 ZONE_UNLOCK(zone);
2662                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2663         } else if (keg == NULL) {
2664                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
2665                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
2666                         return (ENOMEM);
2667         } else {
2668                 struct uma_kctor_args karg;
2669                 int error;
2670
2671                 /* We should only be here from uma_startup() */
2672                 karg.size = arg->size;
2673                 karg.uminit = arg->uminit;
2674                 karg.fini = arg->fini;
2675                 karg.align = arg->align;
2676                 karg.flags = (arg->flags & ~UMA_ZONE_SMR);
2677                 karg.zone = zone;
2678                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
2679                     flags);
2680                 if (error)
2681                         return (error);
2682         }
2683
2684         /* Inherit properties from the keg. */
2685         zone->uz_keg = keg;
2686         zone->uz_size = keg->uk_size;
2687         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
2688             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
2689
2690 out:
2691         if (booted >= BOOT_PCPU) {
2692                 zone_alloc_counters(zone, NULL);
2693                 if (booted >= BOOT_RUNNING)
2694                         zone_alloc_sysctl(zone, NULL);
2695         } else {
2696                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
2697                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
2698                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
2699         }
2700
2701         /* Caller requests a private SMR context. */
2702         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
2703                 zone->uz_smr = smr_create(zone->uz_name, 0, 0);
2704
2705         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
2706             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
2707             ("Invalid zone flag combination"));
2708         if (arg->flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
2709                 zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = 0;
2710         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
2711                 zone->uz_bucket_size = BUCKET_MAX;
2712         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
2713                 zone->uz_bucket_size = 0;
2714         else
2715                 zone->uz_bucket_size = bucket_select(zone->uz_size);
2716         zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size;
2717         if (zone->uz_dtor != NULL || zone->uz_ctor != NULL)
2718                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2719         zone_update_caches(zone);
2720
2721         return (0);
2722 }
2723
2724 /*
2725  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
2726  * table and removes the keg from the global list.
2727  *
2728  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2729  *      udata  unused
2730  */
2731 static void
2732 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2733 {
2734         uma_keg_t keg;
2735         uint32_t free, pages;
2736         int i;
2737
2738         keg = (uma_keg_t)arg;
2739         free = pages = 0;
2740         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2741                 free += keg->uk_domain[i].ud_free_items;
2742                 pages += keg->uk_domain[i].ud_pages;
2743                 KEG_LOCK_FINI(keg, i);
2744         }
2745         if (pages != 0)
2746                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%u items). "
2747                     " Lost %u pages of memory.\n",
2748                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
2749                     pages / keg->uk_ppera * keg->uk_ipers - free, pages);
2750
2751         hash_free(&keg->uk_hash);
2752 }
2753
2754 /*
2755  * Zone header dtor.
2756  *
2757  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2758  *      udata  unused
2759  */
2760 static void
2761 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2762 {
2763         uma_zone_t zone;
2764         uma_keg_t keg;
2765         int i;
2766
2767         zone = (uma_zone_t)arg;
2768
2769         sysctl_remove_oid(zone->uz_oid, 1, 1);
2770
2771         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
2772                 cache_drain(zone);
2773
2774         rw_wlock(&uma_rwlock);
2775         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
2776         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2777         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2778                 keg = zone->uz_keg;
2779                 keg->uk_reserve = 0;
2780         }
2781         zone_reclaim(zone, M_WAITOK, true);
2782
2783         /*
2784          * We only destroy kegs from non secondary/non cache zones.
2785          */
2786         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2787                 keg = zone->uz_keg;
2788                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2789                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
2790                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2791                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
2792         }
2793         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
2794         counter_u64_free(zone->uz_frees);
2795         counter_u64_free(zone->uz_fails);
2796         counter_u64_free(zone->uz_xdomain);
2797         free(zone->uz_ctlname, M_UMA);
2798         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2799                 ZDOM_LOCK_FINI(ZDOM_GET(zone, i));
2800         ZONE_CROSS_LOCK_FINI(zone);
2801 }
2802
2803 static void
2804 zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2805 {
2806         uma_keg_t keg;
2807         uma_zone_t zone;
2808
2809         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
2810                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
2811                         zfunc(zone, arg);
2812         }
2813         LIST_FOREACH(zone, &uma_cachezones, uz_link)
2814                 zfunc(zone, arg);
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Traverses every zone in the system and calls a callback
2819  *
2820  * Arguments:
2821  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
2822  *              as an argument.
2823  *
2824  * Returns:
2825  *      Nothing
2826  */
2827 static void
2828 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2829 {
2830
2831         rw_rlock(&uma_rwlock);
2832         zone_foreach_unlocked(zfunc, arg);
2833         rw_runlock(&uma_rwlock);
2834 }
2835
2836 /*
2837  * Initialize the kernel memory allocator.  This is done after pages can be
2838  * allocated but before general KVA is available.
2839  */
2840 void
2841 uma_startup1(vm_offset_t virtual_avail)
2842 {
2843         struct uma_zctor_args args;
2844         size_t ksize, zsize, size;
2845         uma_keg_t primarykeg;
2846         uintptr_t m;
2847         int domain;
2848         uint8_t pflag;
2849
2850         bootstart = bootmem = virtual_avail;
2851
2852         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2853         sx_init(&uma_reclaim_lock, "umareclaim");
2854
2855         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2856             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2857         ksize = roundup(ksize, UMA_SUPER_ALIGN);
2858         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2859             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2860             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2861         zsize = roundup(zsize, UMA_SUPER_ALIGN);
2862
2863         /* Allocate the zone of zones, zone of kegs, and zone of zones keg. */
2864         size = (zsize * 2) + ksize;
2865         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
2866                 m = (uintptr_t)startup_alloc(NULL, size, domain, &pflag,
2867                     M_NOWAIT | M_ZERO);
2868                 if (m != 0)
2869                         break;
2870         }
2871         zones = (uma_zone_t)m;
2872         m += zsize;
2873         kegs = (uma_zone_t)m;
2874         m += zsize;
2875         primarykeg = (uma_keg_t)m;
2876
2877         /* "manually" create the initial zone */
2878         memset(&args, 0, sizeof(args));
2879         args.name = "UMA Kegs";
2880         args.size = ksize;
2881         args.ctor = keg_ctor;
2882         args.dtor = keg_dtor;
2883         args.uminit = zero_init;
2884         args.fini = NULL;
2885         args.keg = primarykeg;
2886         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2887         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2888         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2889
2890         args.name = "UMA Zones";
2891         args.size = zsize;
2892         args.ctor = zone_ctor;
2893         args.dtor = zone_dtor;
2894         args.uminit = zero_init;
2895         args.fini = NULL;
2896         args.keg = NULL;
2897         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2898         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2899         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2900
2901         /* Now make zones for slab headers */
2902         slabzones[0] = uma_zcreate("UMA Slabs 0", SLABZONE0_SIZE,
2903             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2904         slabzones[1] = uma_zcreate("UMA Slabs 1", SLABZONE1_SIZE,
2905             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2906
2907         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2908             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2909             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2910
2911         bucket_init();
2912         smr_init();
2913 }
2914
2915 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2916 extern void vm_radix_reserve_kva(void);
2917 #endif
2918
2919 /*
2920  * Advertise the availability of normal kva allocations and switch to
2921  * the default back-end allocator.  Marks the KVA we consumed on startup
2922  * as used in the map.
2923  */
2924 void
2925 uma_startup2(void)
2926 {
2927
2928         if (bootstart != bootmem) {
2929                 vm_map_lock(kernel_map);
2930                 (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, bootstart, bootmem,
2931                     VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
2932                 vm_map_unlock(kernel_map);
2933         }
2934
2935 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2936         /* Set up radix zone to use noobj_alloc. */
2937         vm_radix_reserve_kva();
2938 #endif
2939
2940         booted = BOOT_KVA;
2941         zone_foreach_unlocked(zone_kva_available, NULL);
2942         bucket_enable();
2943 }
2944
2945 /*
2946  * Allocate counters as early as possible so that boot-time allocations are
2947  * accounted more precisely.
2948  */
2949 static void
2950 uma_startup_pcpu(void *arg __unused)
2951 {
2952
2953         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_counters, NULL);
2954         booted = BOOT_PCPU;
2955 }
2956 SYSINIT(uma_startup_pcpu, SI_SUB_COUNTER, SI_ORDER_ANY, uma_startup_pcpu, NULL);
2957
2958 /*
2959  * Finish our initialization steps.
2960  */
2961 static void
2962 uma_startup3(void *arg __unused)
2963 {
2964
2965 #ifdef INVARIANTS
2966         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2967         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2968         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2969 #endif
2970         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_sysctl, NULL);
2971         callout_init(&uma_callout, 1);
2972         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2973         booted = BOOT_RUNNING;
2974
2975         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, uma_shutdown, NULL,
2976             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
2977 }
2978 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
2979
2980 static void
2981 uma_shutdown(void)
2982 {
2983
2984         booted = BOOT_SHUTDOWN;
2985 }
2986
2987 static uma_keg_t
2988 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2989                 int align, uint32_t flags)
2990 {
2991         struct uma_kctor_args args;
2992
2993         args.size = size;
2994         args.uminit = uminit;
2995         args.fini = fini;
2996         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2997         args.flags = flags;
2998         args.zone = zone;
2999         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3000 }
3001
3002 /* Public functions */
3003 /* See uma.h */
3004 void
3005 uma_set_align(int align)
3006 {
3007
3008         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
3009                 uma_align_cache = align;
3010 }
3011
3012 /* See uma.h */
3013 uma_zone_t
3014 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3015                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
3016
3017 {
3018         struct uma_zctor_args args;
3019         uma_zone_t res;
3020
3021         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
3022             align, name));
3023
3024         /* This stuff is essential for the zone ctor */
3025         memset(&args, 0, sizeof(args));
3026         args.name = name;
3027         args.size = size;
3028         args.ctor = ctor;
3029         args.dtor = dtor;
3030         args.uminit = uminit;
3031         args.fini = fini;
3032 #ifdef  INVARIANTS
3033         /*
3034          * Inject procedures which check for memory use after free if we are
3035          * allowed to scramble the memory while it is not allocated.  This
3036          * requires that: UMA is actually able to access the memory, no init
3037          * or fini procedures, no dependency on the initial value of the
3038          * memory, and no (legitimate) use of the memory after free.  Note,
3039          * the ctor and dtor do not need to be empty.
3040          */
3041         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOTOUCH |
3042             UMA_ZONE_NOFREE))) && uminit == NULL && fini == NULL) {
3043                 args.uminit = trash_init;
3044                 args.fini = trash_fini;
3045         }
3046 #endif
3047         args.align = align;
3048         args.flags = flags;
3049         args.keg = NULL;
3050
3051         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3052         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3053         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3054
3055         return (res);
3056 }
3057
3058 /* See uma.h */
3059 uma_zone_t
3060 uma_zsecond_create(const char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3061     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t primary)
3062 {
3063         struct uma_zctor_args args;
3064         uma_keg_t keg;
3065         uma_zone_t res;
3066
3067         keg = primary->uz_keg;
3068         memset(&args, 0, sizeof(args));
3069         args.name = name;
3070         args.size = keg->uk_size;
3071         args.ctor = ctor;
3072         args.dtor = dtor;
3073         args.uminit = zinit;
3074         args.fini = zfini;
3075         args.align = keg->uk_align;
3076         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
3077         args.keg = keg;
3078
3079         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3080         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3081         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3082
3083         return (res);
3084 }
3085
3086 /* See uma.h */
3087 uma_zone_t
3088 uma_zcache_create(const char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3089     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport, uma_release zrelease,
3090     void *arg, int flags)
3091 {
3092         struct uma_zctor_args args;
3093
3094         memset(&args, 0, sizeof(args));
3095         args.name = name;
3096         args.size = size;
3097         args.ctor = ctor;
3098         args.dtor = dtor;
3099         args.uminit = zinit;
3100         args.fini = zfini;
3101         args.import = zimport;
3102         args.release = zrelease;
3103         args.arg = arg;
3104         args.align = 0;
3105         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
3106
3107         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3108 }
3109
3110 /* See uma.h */
3111 void
3112 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
3113 {
3114
3115         /*
3116          * Large slabs are expensive to reclaim, so don't bother doing
3117          * unnecessary work if we're shutting down.
3118          */
3119         if (booted == BOOT_SHUTDOWN &&
3120             zone->uz_fini == NULL && zone->uz_release == zone_release)
3121                 return;
3122         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3123         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
3124         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3125 }
3126
3127 void
3128 uma_zwait(uma_zone_t zone)
3129 {
3130
3131         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
3132                 uma_zfree_smr(zone, uma_zalloc_smr(zone, M_WAITOK));
3133         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
3134                 uma_zfree_pcpu(zone, uma_zalloc_pcpu(zone, M_WAITOK));
3135         else
3136                 uma_zfree(zone, uma_zalloc(zone, M_WAITOK));
3137 }
3138
3139 void *
3140 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3141 {
3142         void *item, *pcpu_item;
3143 #ifdef SMP
3144         int i;
3145
3146         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3147 #endif
3148         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
3149         if (item == NULL)
3150                 return (NULL);
3151         pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
3152         if (flags & M_ZERO) {
3153 #ifdef SMP
3154                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
3155                         bzero(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), zone->uz_size);
3156 #else
3157                 bzero(item, zone->uz_size);
3158 #endif
3159         }
3160         return (pcpu_item);
3161 }
3162
3163 /*
3164  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
3165  */
3166 void
3167 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *pcpu_item, void *udata)
3168 {
3169         void *item;
3170
3171 #ifdef SMP
3172         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3173 #endif
3174         item = zpcpu_offset_to_base(pcpu_item);
3175         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
3176 }
3177
3178 static inline void *
3179 item_ctor(uma_zone_t zone, int uz_flags, int size, void *udata, int flags,
3180     void *item)
3181 {
3182 #ifdef INVARIANTS
3183         bool skipdbg;
3184
3185         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3186         if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3187             zone->uz_ctor != trash_ctor)
3188                 trash_ctor(item, size, udata, flags);
3189 #endif
3190         /* Check flags before loading ctor pointer. */
3191         if (__predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0) &&
3192             __predict_false(zone->uz_ctor != NULL) &&
3193             zone->uz_ctor(item, size, udata, flags) != 0) {
3194                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3195                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
3196                 return (NULL);
3197         }
3198 #ifdef INVARIANTS
3199         if (!skipdbg)
3200                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3201 #endif
3202         if (__predict_false(flags & M_ZERO))
3203                 return (memset(item, 0, size));
3204
3205         return (item);
3206 }
3207
3208 static inline void
3209 item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size, void *udata,
3210     enum zfreeskip skip)
3211 {
3212 #ifdef INVARIANTS
3213         bool skipdbg;
3214
3215         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3216         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3217                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC) != 0)
3218                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3219                 else
3220                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3221         }
3222 #endif
3223         if (__predict_true(skip < SKIP_DTOR)) {
3224                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3225                         zone->uz_dtor(item, size, udata);
3226 #ifdef INVARIANTS
3227                 if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3228                     zone->uz_dtor != trash_dtor)
3229                         trash_dtor(item, size, udata);
3230 #endif
3231         }
3232 }
3233
3234 #ifdef NUMA
3235 static int
3236 item_domain(void *item)
3237 {
3238         int domain;
3239
3240         domain = vm_phys_domain(vtophys(item));
3241         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3242             ("%s: unknown domain for item %p", __func__, item));
3243         return (domain);
3244 }
3245 #endif
3246
3247 #if defined(INVARIANTS) || defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(WITNESS)
3248 #define UMA_ZALLOC_DEBUG
3249 static int
3250 uma_zalloc_debug(uma_zone_t zone, void **itemp, void *udata, int flags)
3251 {
3252         int error;
3253
3254         error = 0;
3255 #ifdef WITNESS
3256         if (flags & M_WAITOK) {
3257                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3258                     "uma_zalloc_debug: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3259         }
3260 #endif
3261
3262 #ifdef INVARIANTS
3263         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0,
3264             ("uma_zalloc_debug: called with M_EXEC"));
3265         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3266             ("uma_zalloc_debug: called within spinlock or critical section"));
3267         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 || (flags & M_ZERO) == 0,
3268             ("uma_zalloc_debug: allocating from a pcpu zone with M_ZERO"));
3269 #endif
3270
3271 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3272         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && memguard_cmp_zone(zone)) {
3273                 void *item;
3274                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
3275                 if (item != NULL) {
3276                         error = EJUSTRETURN;
3277                         if (zone->uz_init != NULL &&
3278                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3279                                 *itemp = NULL;
3280                                 return (error);
3281                         }
3282                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3283                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
3284                             flags) != 0) {
3285                                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3286                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3287                                 *itemp = NULL;
3288                                 return (error);
3289                         }
3290                         *itemp = item;
3291                         return (error);
3292                 }
3293                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
3294         }
3295 #endif
3296         return (error);
3297 }
3298
3299 static int
3300 uma_zfree_debug(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3301 {
3302         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3303             ("uma_zfree_debug: called with spinlock or critical section held"));
3304
3305 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3306         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && is_memguard_addr(item)) {
3307                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3308                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3309                 if (zone->uz_fini != NULL)
3310                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3311                 memguard_free(item);
3312                 return (EJUSTRETURN);
3313         }
3314 #endif
3315         return (0);
3316 }
3317 #endif
3318
3319 static inline void *
3320 cache_alloc_item(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket,
3321     void *udata, int flags)
3322 {
3323         void *item;
3324         int size, uz_flags;
3325
3326         item = cache_bucket_pop(cache, bucket);
3327         size = cache_uz_size(cache);
3328         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
3329         critical_exit();
3330         return (item_ctor(zone, uz_flags, size, udata, flags, item));
3331 }
3332
3333 static __noinline void *
3334 cache_alloc_retry(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3335 {
3336         uma_cache_bucket_t bucket;
3337         int domain;
3338
3339         while (cache_alloc(zone, cache, udata, flags)) {
3340                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3341                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
3342                 if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3343                         continue;
3344                 return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3345         }
3346         critical_exit();
3347
3348         /*
3349          * We can not get a bucket so try to return a single item.
3350          */
3351         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH)
3352                 domain = PCPU_GET(domain);
3353         else
3354                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3355         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3356 }
3357
3358 /* See uma.h */
3359 void *
3360 uma_zalloc_smr(uma_zone_t zone, int flags)
3361 {
3362         uma_cache_bucket_t bucket;
3363         uma_cache_t cache;
3364
3365 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3366         void *item;
3367
3368         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
3369             ("uma_zalloc_arg: called with non-SMR zone."));
3370         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, NULL, flags) == EJUSTRETURN)
3371                 return (item);
3372 #endif
3373
3374         critical_enter();
3375         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3376         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3377         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3378                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, NULL, flags));
3379         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, NULL, flags));
3380 }
3381
3382 /* See uma.h */
3383 void *
3384 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3385 {
3386         uma_cache_bucket_t bucket;
3387         uma_cache_t cache;
3388
3389         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3390         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3391
3392         /* This is the fast path allocation */
3393         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg zone %s(%p) flags %d", zone->uz_name,
3394             zone, flags);
3395
3396 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3397         void *item;
3398
3399         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3400             ("uma_zalloc_arg: called with SMR zone."));
3401         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, udata, flags) == EJUSTRETURN)
3402                 return (item);
3403 #endif
3404
3405         /*
3406          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
3407          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3408          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3409          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3410          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3411          * preemption and migration.  We release the critical section in
3412          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
3413          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
3414          * must detect and handle migration if it has occurred.
3415          */
3416         critical_enter();
3417         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3418         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3419         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3420                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, udata, flags));
3421         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3422 }
3423
3424 /*
3425  * Replenish an alloc bucket and possibly restore an old one.  Called in
3426  * a critical section.  Returns in a critical section.
3427  *
3428  * A false return value indicates an allocation failure.
3429  * A true return value indicates success and the caller should retry.
3430  */
3431 static __noinline bool
3432 cache_alloc(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3433 {
3434         uma_bucket_t bucket;
3435         int curdomain, domain;
3436         bool new;
3437
3438         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3439
3440         /*
3441          * If we have run out of items in our alloc bucket see
3442          * if we can switch with the free bucket.
3443          *
3444          * SMR Zones can't re-use the free bucket until the sequence has
3445          * expired.
3446          */
3447         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) == 0 &&
3448             cache->uc_freebucket.ucb_cnt != 0) {
3449                 cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
3450                     &cache->uc_allocbucket);
3451                 return (true);
3452         }
3453
3454         /*
3455          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
3456          */
3457         bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
3458         critical_exit();
3459
3460         if (bucket != NULL) {
3461                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
3462                     ("cache_alloc: Entered with non-empty alloc bucket."));
3463                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3464         }
3465
3466         /*
3467          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
3468          * we must go back to the zone.  This requires the zdom lock, so we
3469          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
3470          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
3471          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3472          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3473          * the critical section.
3474          */
3475         domain = PCPU_GET(domain);
3476         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 ||
3477             VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3478                 domain = zone_domain_highest(zone, domain);
3479         bucket = cache_fetch_bucket(zone, cache, domain);
3480         if (bucket == NULL && zone->uz_bucket_size != 0 && !bucketdisable) {
3481                 bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
3482                 new = true;
3483         } else {
3484                 new = false;
3485         }
3486
3487         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
3488             zone->uz_name, zone, bucket);
3489         if (bucket == NULL) {
3490                 critical_enter();
3491                 return (false);
3492         }
3493
3494         /*
3495          * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
3496          * initialized bucket to make this less likely or claim
3497          * the memory directly.
3498          */
3499         critical_enter();
3500         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3501         if (cache->uc_allocbucket.ucb_bucket == NULL &&
3502             ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0 ||
3503             (curdomain = PCPU_GET(domain)) == domain ||
3504             VM_DOMAIN_EMPTY(curdomain))) {
3505                 if (new)
3506                         atomic_add_long(&ZDOM_GET(zone, domain)->uzd_imax,
3507                             bucket->ub_cnt);
3508                 cache_bucket_load_alloc(cache, bucket);
3509                 return (true);
3510         }
3511
3512         /*
3513          * We lost the race, release this bucket and start over.
3514          */
3515         critical_exit();
3516         zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, false);
3517         critical_enter();
3518
3519         return (true);
3520 }
3521
3522 void *
3523 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3524 {
3525 #ifdef NUMA
3526         uma_bucket_t bucket;
3527         uma_zone_domain_t zdom;
3528         void *item;
3529 #endif
3530
3531         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3532         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3533
3534         /* This is the fast path allocation */
3535         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_domain zone %s(%p) domain %d flags %d",
3536             zone->uz_name, zone, domain, flags);
3537
3538         if (flags & M_WAITOK) {
3539                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3540                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3541         }
3542         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3543             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
3544         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3545             ("uma_zalloc_domain: called with SMR zone."));
3546 #ifdef NUMA
3547         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0,
3548             ("uma_zalloc_domain: called with non-FIRSTTOUCH zone."));
3549
3550         if (vm_ndomains == 1)
3551                 return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3552
3553         /*
3554          * Try to allocate from the bucket cache before falling back to the keg.
3555          * We could try harder and attempt to allocate from per-CPU caches or
3556          * the per-domain cross-domain buckets, but the complexity is probably
3557          * not worth it.  It is more important that frees of previous
3558          * cross-domain allocations do not blow up the cache.
3559          */
3560         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
3561         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL) {
3562                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
3563 #ifdef INVARIANTS
3564                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1] = NULL;
3565 #endif
3566                 bucket->ub_cnt--;
3567                 zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, true);
3568                 item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata,
3569                     flags, item);
3570                 if (item != NULL) {
3571                         KASSERT(item_domain(item) == domain,
3572                             ("%s: bucket cache item %p from wrong domain",
3573                             __func__, item));
3574                         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
3575                 }
3576                 return (item);
3577         }
3578         ZDOM_UNLOCK(zdom);
3579         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3580 #else
3581         return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3582 #endif
3583 }
3584
3585 /*
3586  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
3587  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
3588  *
3589  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
3590  * only 'domain'.
3591  */
3592 static uma_slab_t
3593 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
3594 {
3595         uma_domain_t dom;
3596         uma_slab_t slab;
3597         int start;
3598
3599         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3600             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
3601         KEG_LOCK_ASSERT(keg, domain);
3602
3603         slab = NULL;
3604         start = domain;
3605         do {
3606                 dom = &keg->uk_domain[domain];
3607                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab)) != NULL)
3608                         return (slab);
3609                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab)) != NULL) {
3610                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
3611                         dom->ud_free_slabs--;
3612                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3613                         return (slab);
3614                 }
3615                 if (rr)
3616                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
3617         } while (domain != start);
3618
3619         return (NULL);
3620 }
3621
3622 /*
3623  * Fetch an existing slab from a free or partial list.  Returns with the
3624  * keg domain lock held if a slab was found or unlocked if not.
3625  */
3626 static uma_slab_t
3627 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
3628 {
3629         uma_slab_t slab;
3630         uint32_t reserve;
3631
3632         /* HASH has a single free list. */
3633         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
3634                 domain = 0;
3635
3636         KEG_LOCK(keg, domain);
3637         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
3638         if (keg->uk_domain[domain].ud_free_items <= reserve ||
3639             (slab = keg_first_slab(keg, domain, rr)) == NULL) {
3640                 KEG_UNLOCK(keg, domain);
3641                 return (NULL);
3642         }
3643         return (slab);
3644 }
3645
3646 static uma_slab_t
3647 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
3648 {
3649         struct vm_domainset_iter di;
3650         uma_slab_t slab;
3651         int aflags, domain;
3652         bool rr;
3653
3654 restart:
3655         /*
3656          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
3657          * domain (as happens with first-touch zones).
3658          *
3659          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
3660          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
3661          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
3662          */
3663         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
3664         if (rr) {
3665                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
3666                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3667                     &aflags);
3668         } else {
3669                 aflags = flags;
3670                 domain = rdomain;
3671         }
3672
3673         for (;;) {
3674                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
3675                 if (slab != NULL)
3676                         return (slab);
3677
3678                 /*
3679                  * M_NOVM means don't ask at all!
3680                  */
3681                 if (flags & M_NOVM)
3682                         break;
3683
3684                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
3685                 if (slab != NULL)
3686                         return (slab);
3687                 if (!rr && (flags & M_WAITOK) == 0)
3688                         break;
3689                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3690                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
3691                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
3692                                 goto restart;
3693                         }
3694                         break;
3695                 }
3696         }
3697
3698         /*
3699          * We might not have been able to get a slab but another cpu
3700          * could have while we were unlocked.  Check again before we
3701          * fail.
3702          */
3703         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL)
3704                 return (slab);
3705
3706         return (NULL);
3707 }
3708
3709 static void *
3710 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
3711 {
3712         uma_domain_t dom;
3713         void *item;
3714         int freei;
3715
3716         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
3717
3718         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3719         freei = BIT_FFS(keg->uk_ipers, &slab->us_free) - 1;
3720         BIT_CLR(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
3721         item = slab_item(slab, keg, freei);
3722         slab->us_freecount--;
3723         dom->ud_free_items--;
3724
3725         /*
3726          * Move this slab to the full list.  It must be on the partial list, so
3727          * we do not need to update the free slab count.  In particular,
3728          * keg_fetch_slab() always returns slabs on the partial list.
3729          */
3730         if (slab->us_freecount == 0) {
3731                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3732                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
3733         }
3734
3735         return (item);
3736 }
3737
3738 static int
3739 zone_import(void *arg, void **bucket, int max, int domain, int flags)
3740 {
3741         uma_domain_t dom;
3742         uma_zone_t zone;
3743         uma_slab_t slab;
3744         uma_keg_t keg;
3745 #ifdef NUMA
3746         int stripe;
3747 #endif
3748         int i;
3749
3750         zone = arg;
3751         slab = NULL;
3752         keg = zone->uz_keg;
3753         /* Try to keep the buckets totally full */
3754         for (i = 0; i < max; ) {
3755                 if ((slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags)) == NULL)
3756                         break;
3757 #ifdef NUMA
3758                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
3759 #endif
3760                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3761                 do {
3762                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
3763                         if (dom->ud_free_items <= keg->uk_reserve) {
3764                                 /*
3765                                  * Avoid depleting the reserve after a
3766                                  * successful item allocation, even if
3767                                  * M_USE_RESERVE is specified.
3768                                  */
3769                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3770                                 goto out;
3771                         }
3772 #ifdef NUMA
3773                         /*
3774                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
3775                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
3776                          * instead pick a new domain for each bucket rather
3777                          * than stripe within each bucket.  The current option
3778                          * produces more fragmentation and requires more cpu
3779                          * time but yields better distribution.
3780                          */
3781                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 &&
3782                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
3783                                 break;
3784 #endif
3785                 } while (slab->us_freecount != 0 && i < max);
3786                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3787
3788                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
3789                 flags &= ~M_WAITOK;
3790                 flags |= M_NOWAIT;
3791         }
3792 out:
3793         return i;
3794 }
3795
3796 static int
3797 zone_alloc_limit_hard(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3798 {
3799         uint64_t old, new, total, max;
3800
3801         /*
3802          * The hard case.  We're going to sleep because there were existing
3803          * sleepers or because we ran out of items.  This routine enforces
3804          * fairness by keeping fifo order.
3805          *
3806          * First release our ill gotten gains and make some noise.
3807          */
3808         for (;;) {
3809                 zone_free_limit(zone, count);
3810                 zone_log_warning(zone);
3811                 zone_maxaction(zone);
3812                 if (flags & M_NOWAIT)
3813                         return (0);
3814
3815                 /*
3816                  * We need to allocate an item or set ourself as a sleeper
3817                  * while the sleepq lock is held to avoid wakeup races.  This
3818                  * is essentially a home rolled semaphore.
3819                  */
3820                 sleepq_lock(&zone->uz_max_items);
3821                 old = zone->uz_items;
3822                 do {
3823                         MPASS(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) < UZ_ITEMS_SLEEPERS_MAX);
3824                         /* Cache the max since we will evaluate twice. */
3825                         max = zone->uz_max_items;
3826                         if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0 ||
3827                             UZ_ITEMS_COUNT(old) >= max)
3828                                 new = old + UZ_ITEMS_SLEEPER;
3829                         else
3830                                 new = old + MIN(count, max - old);
3831                 } while (atomic_fcmpset_64(&zone->uz_items, &old, new) == 0);
3832
3833                 /* We may have successfully allocated under the sleepq lock. */
3834                 if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(new) == 0) {
3835                         sleepq_release(&zone->uz_max_items);
3836                         return (new - old);
3837                 }
3838
3839                 /*
3840                  * This is in a different cacheline from uz_items so that we
3841                  * don't constantly invalidate the fastpath cacheline when we
3842                  * adjust item counts.  This could be limited to toggling on
3843                  * transitions.
3844                  */
3845                 atomic_add_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3846                 atomic_add_64(&zone->uz_sleeps, 1);
3847
3848                 /*
3849                  * We have added ourselves as a sleeper.  The sleepq lock
3850                  * protects us from wakeup races.  Sleep now and then retry.
3851                  */
3852                 sleepq_add(&zone->uz_max_items, NULL, "zonelimit", 0, 0);
3853                 sleepq_wait(&zone->uz_max_items, PVM);
3854
3855                 /*
3856                  * After wakeup, remove ourselves as a sleeper and try
3857                  * again.  We no longer have the sleepq lock for protection.
3858                  *
3859                  * Subract ourselves as a sleeper while attempting to add
3860                  * our count.
3861                  */
3862                 atomic_subtract_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3863                 old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items,
3864                     -(UZ_ITEMS_SLEEPER - count));
3865                 /* We're no longer a sleeper. */
3866                 old -= UZ_ITEMS_SLEEPER;
3867
3868                 /*
3869                  * If we're still at the limit, restart.  Notably do not
3870                  * block on other sleepers.  Cache the max value to protect
3871                  * against changes via sysctl.
3872                  */
3873                 total = UZ_ITEMS_COUNT(old);
3874                 max = zone->uz_max_items;
3875                 if (total >= max)
3876                         continue;
3877                 /* Truncate if necessary, otherwise wake other sleepers. */
3878                 if (total + count > max) {
3879                         zone_free_limit(zone, total + count - max);
3880                         count = max - total;
3881                 } else if (total + count < max && UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0)
3882                         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
3883
3884                 return (count);
3885         }
3886 }
3887
3888 /*
3889  * Allocate 'count' items from our max_items limit.  Returns the number
3890  * available.  If M_NOWAIT is not specified it will sleep until at least
3891  * one item can be allocated.
3892  */
3893 static int
3894 zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3895 {
3896         uint64_t old;
3897         uint64_t max;
3898
3899         max = zone->uz_max_items;
3900         MPASS(max > 0);
3901
3902         /*
3903          * We expect normal allocations to succeed with a simple
3904          * fetchadd.
3905          */
3906         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, count);
3907         if (__predict_true(old + count <= max))
3908                 return (count);
3909
3910         /*
3911          * If we had some items and no sleepers just return the
3912          * truncated value.  We have to release the excess space
3913          * though because that may wake sleepers who weren't woken
3914          * because we were temporarily over the limit.
3915          */
3916         if (old < max) {
3917                 zone_free_limit(zone, (old + count) - max);
3918                 return (max - old);
3919         }
3920         return (zone_alloc_limit_hard(zone, count, flags));
3921 }
3922
3923 /*
3924  * Free a number of items back to the limit.
3925  */
3926 static void
3927 zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count)
3928 {
3929         uint64_t old;
3930
3931         MPASS(count > 0);
3932
3933         /*
3934          * In the common case we either have no sleepers or
3935          * are still over the limit and can just return.
3936          */
3937         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, -count);
3938         if (__predict_true(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) == 0 ||
3939            UZ_ITEMS_COUNT(old) - count >= zone->uz_max_items))
3940                 return;
3941
3942         /*
3943          * Moderate the rate of wakeups.  Sleepers will continue
3944          * to generate wakeups if necessary.
3945          */
3946         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
3947 }
3948
3949 static uma_bucket_t
3950 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3951 {
3952         uma_bucket_t bucket;
3953         int maxbucket, cnt;
3954
3955         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_bucket zone %s(%p) domain %d", zone->uz_name,
3956             zone, domain);
3957
3958         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
3959         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3960                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3961         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
3962                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3963
3964         if (zone->uz_max_items > 0)
3965                 maxbucket = zone_alloc_limit(zone, zone->uz_bucket_size,
3966                     M_NOWAIT);
3967         else
3968                 maxbucket = zone->uz_bucket_size;
3969         if (maxbucket == 0)
3970                 return (false);
3971
3972         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
3973         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
3974         if (bucket == NULL) {
3975                 cnt = 0;
3976                 goto out;
3977         }
3978
3979         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
3980             MIN(maxbucket, bucket->ub_entries), domain, flags);
3981
3982         /*
3983          * Initialize the memory if necessary.
3984          */
3985         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
3986                 int i;
3987
3988                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
3989                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
3990                             flags) != 0)
3991                                 break;
3992                 /*
3993                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
3994                  * rest back onto the freelist.
3995                  */
3996                 if (i != bucket->ub_cnt) {
3997                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
3998                             bucket->ub_cnt - i);
3999 #ifdef INVARIANTS
4000                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
4001                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
4002 #endif
4003                         bucket->ub_cnt = i;
4004                 }
4005         }
4006
4007         cnt = bucket->ub_cnt;
4008         if (bucket->ub_cnt == 0) {
4009                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4010                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4011                 bucket = NULL;
4012         }
4013 out:
4014         if (zone->uz_max_items > 0 && cnt < maxbucket)
4015                 zone_free_limit(zone, maxbucket - cnt);
4016
4017         return (bucket);
4018 }
4019
4020 /*
4021  * Allocates a single item from a zone.
4022  *
4023  * Arguments
4024  *      zone   The zone to alloc for.
4025  *      udata  The data to be passed to the constructor.
4026  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
4027  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
4028  *
4029  * Returns
4030  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
4031  *      An item if successful
4032  */
4033
4034 static void *
4035 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
4036 {
4037         void *item;
4038
4039         if (zone->uz_max_items > 0 && zone_alloc_limit(zone, 1, flags) == 0) {
4040                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4041                 return (NULL);
4042         }
4043
4044         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
4045         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
4046                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4047
4048         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
4049                 goto fail_cnt;
4050
4051         /*
4052          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
4053          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
4054          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
4055          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
4056          */
4057         if (zone->uz_init != NULL) {
4058                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
4059                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
4060                         goto fail_cnt;
4061                 }
4062         }
4063         item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata, flags,
4064             item);
4065         if (item == NULL)
4066                 goto fail;
4067
4068         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
4069         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
4070             zone->uz_name, zone);
4071
4072         return (item);
4073
4074 fail_cnt:
4075         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4076 fail:
4077         if (zone->uz_max_items > 0)
4078                 zone_free_limit(zone, 1);
4079         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
4080             zone->uz_name, zone);
4081
4082         return (NULL);
4083 }
4084
4085 /* See uma.h */
4086 void
4087 uma_zfree_smr(uma_zone_t zone, void *item)
4088 {
4089         uma_cache_t cache;
4090         uma_cache_bucket_t bucket;
4091         int itemdomain, uz_flags;
4092
4093 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4094         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
4095             ("uma_zfree_smr: called with non-SMR zone."));
4096         KASSERT(item != NULL, ("uma_zfree_smr: Called with NULL pointer."));
4097         SMR_ASSERT_NOT_ENTERED(zone->uz_smr);
4098         if (uma_zfree_debug(zone, item, NULL) == EJUSTRETURN)
4099                 return;
4100 #endif
4101         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4102         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4103         itemdomain = 0;
4104 #ifdef NUMA
4105         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4106                 itemdomain = item_domain(item);
4107 #endif
4108         critical_enter();
4109         do {
4110                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4111                 /* SMR Zones must free to the free bucket. */
4112                 bucket = &cache->uc_freebucket;
4113 #ifdef NUMA
4114                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4115                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4116                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4117                 }
4118 #endif
4119                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4120                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4121                         critical_exit();
4122                         return;
4123                 }
4124         } while (cache_free(zone, cache, NULL, item, itemdomain));
4125         critical_exit();
4126
4127         /*
4128          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4129          */
4130         zone_free_item(zone, item, NULL, SKIP_NONE);
4131 }
4132
4133 /* See uma.h */
4134 void
4135 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
4136 {
4137         uma_cache_t cache;
4138         uma_cache_bucket_t bucket;
4139         int itemdomain, uz_flags;
4140
4141         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
4142         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
4143
4144         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg zone %s(%p)", zone->uz_name, zone);
4145
4146 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4147         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4148             ("uma_zfree_arg: called with SMR zone."));
4149         if (uma_zfree_debug(zone, item, udata) == EJUSTRETURN)
4150                 return;
4151 #endif
4152         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
4153         if (item == NULL)
4154                 return;
4155
4156         /*
4157          * We are accessing the per-cpu cache without a critical section to
4158          * fetch size and flags.  This is acceptable, if we are preempted we
4159          * will simply read another cpu's line.
4160          */
4161         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4162         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4163         if (UMA_ALWAYS_CTORDTOR ||
4164             __predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0))
4165                 item_dtor(zone, item, cache_uz_size(cache), udata, SKIP_NONE);
4166
4167         /*
4168          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
4169          * a little longer for the limits to be reset.
4170          */
4171         if (__predict_false(uz_flags & UMA_ZFLAG_LIMIT)) {
4172                 if (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0)
4173                         goto zfree_item;
4174         }
4175
4176         /*
4177          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
4178          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
4179          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
4180          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
4181          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
4182          * preemption and migration.  We release the critical section in
4183          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
4184          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
4185          * detect and handle migration if it has occurred.
4186          */
4187         itemdomain = 0;
4188 #ifdef NUMA
4189         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4190                 itemdomain = item_domain(item);
4191 #endif
4192         critical_enter();
4193         do {
4194                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4195                 /*
4196                  * Try to free into the allocbucket first to give LIFO
4197                  * ordering for cache-hot datastructures.  Spill over
4198                  * into the freebucket if necessary.  Alloc will swap
4199                  * them if one runs dry.
4200                  */
4201                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
4202 #ifdef NUMA
4203                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4204                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4205                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4206                 } else
4207 #endif
4208                 if (bucket->ucb_cnt == bucket->ucb_entries &&
4209                    cache->uc_freebucket.ucb_cnt <
4210                    cache->uc_freebucket.ucb_entries)
4211                         cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
4212                             &cache->uc_allocbucket);
4213                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4214                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4215                         critical_exit();
4216                         return;
4217                 }
4218         } while (cache_free(zone, cache, udata, item, itemdomain));
4219         critical_exit();
4220
4221         /*
4222          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4223          */
4224 zfree_item:
4225         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
4226 }
4227
4228 #ifdef NUMA
4229 /*
4230  * sort crossdomain free buckets to domain correct buckets and cache
4231  * them.
4232  */
4233 static void
4234 zone_free_cross(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
4235 {
4236         struct uma_bucketlist emptybuckets, fullbuckets;
4237         uma_zone_domain_t zdom;
4238         uma_bucket_t b;
4239         smr_seq_t seq;
4240         void *item;
4241         int domain;
4242
4243         CTR3(KTR_UMA,
4244             "uma_zfree: zone %s(%p) draining cross bucket %p",
4245             zone->uz_name, zone, bucket);
4246
4247         /*
4248          * It is possible for buckets to arrive here out of order so we fetch
4249          * the current smr seq rather than accepting the bucket's.
4250          */
4251         seq = SMR_SEQ_INVALID;
4252         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
4253                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4254
4255         /*
4256          * To avoid having ndomain * ndomain buckets for sorting we have a
4257          * lock on the current crossfree bucket.  A full matrix with
4258          * per-domain locking could be used if necessary.
4259          */
4260         STAILQ_INIT(&emptybuckets);
4261         STAILQ_INIT(&fullbuckets);
4262         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4263         for (; bucket->ub_cnt > 0; bucket->ub_cnt--) {
4264                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
4265                 domain = item_domain(item);
4266                 zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
4267                 if (zdom->uzd_cross == NULL) {
4268                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4269                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4270                                 zdom->uzd_cross = b;
4271                         } else {
4272                                 /*
4273                                  * Avoid allocating a bucket with the cross lock
4274                                  * held, since allocation can trigger a
4275                                  * cross-domain free and bucket zones may
4276                                  * allocate from each other.
4277                                  */
4278                                 ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4279                                 b = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4280                                 if (b == NULL)
4281                                         goto out;
4282                                 ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4283                                 if (zdom->uzd_cross != NULL) {
4284                                         STAILQ_INSERT_HEAD(&emptybuckets, b,
4285                                             ub_link);
4286                                 } else {
4287                                         zdom->uzd_cross = b;
4288                                 }
4289                         }
4290                 }
4291                 b = zdom->uzd_cross;
4292                 b->ub_bucket[b->ub_cnt++] = item;
4293                 b->ub_seq = seq;
4294                 if (b->ub_cnt == b->ub_entries) {
4295                         STAILQ_INSERT_HEAD(&fullbuckets, b, ub_link);
4296                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL)
4297                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4298                         zdom->uzd_cross = b;
4299                 }
4300         }
4301         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4302 out:
4303         if (bucket->ub_cnt == 0)
4304                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
4305         bucket_free(zone, bucket, udata);
4306
4307         while ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4308                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4309                 bucket_free(zone, b, udata);
4310         }
4311         while ((b = STAILQ_FIRST(&fullbuckets)) != NULL) {
4312                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&fullbuckets, ub_link);
4313                 domain = item_domain(b->ub_bucket[0]);
4314                 zone_put_bucket(zone, domain, b, udata, true);
4315         }
4316 }
4317 #endif
4318
4319 static void
4320 zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
4321     int itemdomain, bool ws)
4322 {
4323
4324 #ifdef NUMA
4325         /*
4326          * Buckets coming from the wrong domain will be entirely for the
4327          * only other domain on two domain systems.  In this case we can
4328          * simply cache them.  Otherwise we need to sort them back to
4329          * correct domains.
4330          */
4331         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4332             vm_ndomains > 2 && PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4333                 zone_free_cross(zone, bucket, udata);
4334                 return;
4335         }
4336 #endif
4337
4338         /*
4339          * Attempt to save the bucket in the zone's domain bucket cache.
4340          */
4341         CTR3(KTR_UMA,
4342             "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
4343             zone->uz_name, zone, bucket);
4344         /* ub_cnt is pointing to the last free item */
4345         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
4346                 itemdomain = zone_domain_lowest(zone, itemdomain);
4347         zone_put_bucket(zone, itemdomain, bucket, udata, ws);
4348 }
4349
4350 /*
4351  * Populate a free or cross bucket for the current cpu cache.  Free any
4352  * existing full bucket either to the zone cache or back to the slab layer.
4353  *
4354  * Enters and returns in a critical section.  false return indicates that
4355  * we can not satisfy this free in the cache layer.  true indicates that
4356  * the caller should retry.
4357  */
4358 static __noinline bool
4359 cache_free(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, void *item,
4360     int itemdomain)
4361 {
4362         uma_cache_bucket_t cbucket;
4363         uma_bucket_t newbucket, bucket;
4364
4365         CRITICAL_ASSERT(curthread);
4366
4367         if (zone->uz_bucket_size == 0)
4368                 return false;
4369
4370         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4371         newbucket = NULL;
4372
4373         /*
4374          * FIRSTTOUCH domains need to free to the correct zdom.  When
4375          * enabled this is the zdom of the item.   The bucket is the
4376          * cross bucket if the current domain and itemdomain do not match.
4377          */
4378         cbucket = &cache->uc_freebucket;
4379 #ifdef NUMA
4380         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4381                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4382                         cbucket = &cache->uc_crossbucket;
4383                         if (cbucket->ucb_cnt != 0)
4384                                 counter_u64_add(zone->uz_xdomain,
4385                                     cbucket->ucb_cnt);
4386                 }
4387         }
4388 #endif
4389         bucket = cache_bucket_unload(cbucket);
4390         KASSERT(bucket == NULL || bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
4391             ("cache_free: Entered with non-full free bucket."));
4392
4393         /* We are no longer associated with this CPU. */
4394         critical_exit();
4395
4396         /*
4397          * Don't let SMR zones operate without a free bucket.  Force
4398          * a synchronize and re-use this one.  We will only degrade
4399          * to a synchronize every bucket_size items rather than every
4400          * item if we fail to allocate a bucket.
4401          */
4402         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0) {
4403                 if (bucket != NULL)
4404                         bucket->ub_seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4405                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4406                 if (newbucket == NULL && bucket != NULL) {
4407                         bucket_drain(zone, bucket);
4408                         newbucket = bucket;
4409                         bucket = NULL;
4410                 }
4411         } else if (!bucketdisable)
4412                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4413
4414         if (bucket != NULL)
4415                 zone_free_bucket(zone, bucket, udata, itemdomain, true);
4416
4417         critical_enter();
4418         if ((bucket = newbucket) == NULL)
4419                 return (false);
4420         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4421 #ifdef NUMA
4422         /*
4423          * Check to see if we should be populating the cross bucket.  If it
4424          * is already populated we will fall through and attempt to populate
4425          * the free bucket.
4426          */
4427         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4428                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain &&
4429                     cache->uc_crossbucket.ucb_bucket == NULL) {
4430                         cache_bucket_load_cross(cache, bucket);
4431                         return (true);
4432                 }
4433         }
4434 #endif
4435         /*
4436          * We may have lost the race to fill the bucket or switched CPUs.
4437          */
4438         if (cache->uc_freebucket.ucb_bucket != NULL) {
4439                 critical_exit();
4440                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4441                 critical_enter();
4442         } else
4443                 cache_bucket_load_free(cache, bucket);
4444
4445         return (true);
4446 }
4447
4448 static void
4449 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4450 {
4451         uma_keg_t keg;
4452         uma_domain_t dom;
4453         int freei;
4454
4455         keg = zone->uz_keg;
4456         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
4457
4458         /* Do we need to remove from any lists? */
4459         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4460         if (slab->us_freecount + 1 == keg->uk_ipers) {
4461                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4462                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
4463                 dom->ud_free_slabs++;
4464         } else if (slab->us_freecount == 0) {
4465                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4466                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
4467         }
4468
4469         /* Slab management. */
4470         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
4471         BIT_SET(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
4472         slab->us_freecount++;
4473
4474         /* Keg statistics. */
4475         dom->ud_free_items++;
4476 }
4477
4478 static void
4479 zone_release(void *arg, void **bucket, int cnt)
4480 {
4481         struct mtx *lock;
4482         uma_zone_t zone;
4483         uma_slab_t slab;
4484         uma_keg_t keg;
4485         uint8_t *mem;
4486         void *item;
4487         int i;
4488
4489         zone = arg;
4490         keg = zone->uz_keg;
4491         lock = NULL;
4492         if (__predict_false((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0))
4493                 lock = KEG_LOCK(keg, 0);
4494         for (i = 0; i < cnt; i++) {
4495                 item = bucket[i];
4496                 if (__predict_true((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB) != 0)) {
4497                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
4498                 } else {
4499                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4500                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
4501                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4502                         else
4503                                 slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4504                 }
4505                 if (lock != KEG_LOCKPTR(keg, slab->us_domain)) {
4506                         if (lock != NULL)
4507                                 mtx_unlock(lock);
4508                         lock = KEG_LOCK(keg, slab->us_domain);
4509                 }
4510                 slab_free_item(zone, slab, item);
4511         }
4512         if (lock != NULL)
4513                 mtx_unlock(lock);
4514 }
4515
4516 /*
4517  * Frees a single item to any zone.
4518  *
4519  * Arguments:
4520  *      zone   The zone to free to
4521  *      item   The item we're freeing
4522  *      udata  User supplied data for the dtor
4523  *      skip   Skip dtors and finis
4524  */
4525 static __noinline void
4526 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
4527 {
4528
4529         /*
4530          * If a free is sent directly to an SMR zone we have to
4531          * synchronize immediately because the item can instantly
4532          * be reallocated. This should only happen in degenerate
4533          * cases when no memory is available for per-cpu caches.
4534          */
4535         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 && skip == SKIP_NONE)
4536                 smr_synchronize(zone->uz_smr);
4537
4538         item_dtor(zone, item, zone->uz_size, udata, skip);
4539
4540         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
4541                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
4542
4543         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
4544
4545         if (skip & SKIP_CNT)
4546                 return;
4547
4548         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
4549
4550         if (zone->uz_max_items > 0)
4551                 zone_free_limit(zone, 1);
4552 }
4553
4554 /* See uma.h */
4555 int
4556 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
4557 {
4558
4559         /*
4560          * If the limit is small, we may need to constrain the maximum per-CPU
4561          * cache size, or disable caching entirely.
4562          */
4563         uma_zone_set_maxcache(zone, nitems);
4564
4565         /*
4566          * XXX This can misbehave if the zone has any allocations with
4567          * no limit and a limit is imposed.  There is currently no
4568          * way to clear a limit.
4569          */
4570         ZONE_LOCK(zone);
4571         zone->uz_max_items = nitems;
4572         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT;
4573         zone_update_caches(zone);
4574         /* We may need to wake waiters. */
4575         wakeup(&zone->uz_max_items);
4576         ZONE_UNLOCK(zone);
4577
4578         return (nitems);
4579 }
4580
4581 /* See uma.h */
4582 void
4583 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
4584 {
4585         int bpcpu, bpdom, bsize, nb;
4586
4587         ZONE_LOCK(zone);
4588
4589         /*
4590          * Compute a lower bound on the number of items that may be cached in
4591          * the zone.  Each CPU gets at least two buckets, and for cross-domain
4592          * frees we use an additional bucket per CPU and per domain.  Select the
4593          * largest bucket size that does not exceed half of the requested limit,
4594          * with the left over space given to the full bucket cache.
4595          */
4596         bpdom = 0;
4597         bpcpu = 2;
4598 #ifdef NUMA
4599         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 && vm_ndomains > 1) {
4600                 bpcpu++;
4601                 bpdom++;
4602         }
4603 #endif
4604         nb = bpcpu * mp_ncpus + bpdom * vm_ndomains;
4605         bsize = nitems / nb / 2;
4606         if (bsize > BUCKET_MAX)
4607                 bsize = BUCKET_MAX;
4608         else if (bsize == 0 && nitems / nb > 0)
4609                 bsize = 1;
4610         zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = bsize;
4611         if (zone->uz_bucket_size_min > zone->uz_bucket_size_max)
4612                 zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size_max;
4613         zone->uz_bucket_max = nitems - nb * bsize;
4614         ZONE_UNLOCK(zone);
4615 }
4616
4617 /* See uma.h */
4618 int
4619 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
4620 {
4621         int nitems;
4622
4623         nitems = atomic_load_64(&zone->uz_max_items);
4624
4625         return (nitems);
4626 }
4627
4628 /* See uma.h */
4629 void
4630 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
4631 {
4632
4633         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4634         zone->uz_warning = warning;
4635 }
4636
4637 /* See uma.h */
4638 void
4639 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
4640 {
4641
4642         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4643         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
4644 }
4645
4646 /* See uma.h */
4647 int
4648 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
4649 {
4650         int64_t nitems;
4651         u_int i;
4652
4653         nitems = 0;
4654         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER && zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4655                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
4656                     counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4657         CPU_FOREACH(i)
4658                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs) -
4659                     atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4660
4661         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
4662 }
4663
4664 static uint64_t
4665 uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone)
4666 {
4667         uint64_t nitems;
4668         u_int i;
4669
4670         nitems = 0;
4671         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER)
4672                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs);
4673         CPU_FOREACH(i)
4674                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs);
4675
4676         return (nitems);
4677 }
4678
4679 static uint64_t
4680 uma_zone_get_frees(uma_zone_t zone)
4681 {
4682         uint64_t nitems;
4683         u_int i;
4684
4685         nitems = 0;
4686         if (zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4687                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4688         CPU_FOREACH(i)
4689                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4690
4691         return (nitems);
4692 }
4693
4694 #ifdef INVARIANTS
4695 /* Used only for KEG_ASSERT_COLD(). */
4696 static uint64_t
4697 uma_keg_get_allocs(uma_keg_t keg)
4698 {
4699         uma_zone_t z;
4700         uint64_t nitems;
4701
4702         nitems = 0;
4703         LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link)
4704                 nitems += uma_zone_get_allocs(z);
4705
4706         return (nitems);
4707 }
4708 #endif
4709
4710 /* See uma.h */
4711 void
4712 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
4713 {
4714         uma_keg_t keg;
4715
4716         KEG_GET(zone, keg);
4717         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4718         keg->uk_init = uminit;
4719 }
4720
4721 /* See uma.h */
4722 void
4723 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
4724 {
4725         uma_keg_t keg;
4726
4727         KEG_GET(zone, keg);
4728         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4729         keg->uk_fini = fini;
4730 }
4731
4732 /* See uma.h */
4733 void
4734 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
4735 {
4736
4737         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4738         zone->uz_init = zinit;
4739 }
4740
4741 /* See uma.h */
4742 void
4743 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
4744 {
4745
4746         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4747         zone->uz_fini = zfini;
4748 }
4749
4750 /* See uma.h */
4751 void
4752 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
4753 {
4754         uma_keg_t keg;
4755
4756         KEG_GET(zone, keg);
4757         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4758         keg->uk_freef = freef;
4759 }
4760
4761 /* See uma.h */
4762 void
4763 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
4764 {
4765         uma_keg_t keg;
4766
4767         KEG_GET(zone, keg);
4768         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4769         keg->uk_allocf = allocf;
4770 }
4771
4772 /* See uma.h */
4773 void
4774 uma_zone_set_smr(uma_zone_t zone, smr_t smr)
4775 {
4776
4777         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4778
4779         KASSERT(smr != NULL, ("Got NULL smr"));
4780         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4781             ("zone %p (%s) already uses SMR", zone, zone->uz_name));
4782         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SMR;
4783         zone->uz_smr = smr;
4784         zone_update_caches(zone);
4785 }
4786
4787 smr_t
4788 uma_zone_get_smr(uma_zone_t zone)
4789 {
4790
4791         return (zone->uz_smr);
4792 }
4793
4794 /* See uma.h */
4795 void
4796 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
4797 {
4798         uma_keg_t keg;
4799
4800         KEG_GET(zone, keg);
4801         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4802         keg->uk_reserve = items;
4803 }
4804
4805 /* See uma.h */
4806 int
4807 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
4808 {
4809         uma_keg_t keg;
4810         vm_offset_t kva;
4811         u_int pages;
4812
4813         KEG_GET(zone, keg);
4814         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4815         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4816
4817         pages = howmany(count, keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
4818
4819 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4820         if (keg->uk_ppera > 1) {
4821 #else
4822         if (1) {
4823 #endif
4824                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
4825                 if (kva == 0)
4826                         return (0);
4827         } else
4828                 kva = 0;
4829
4830         MPASS(keg->uk_kva == 0);
4831         keg->uk_kva = kva;
4832         keg->uk_offset = 0;
4833         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
4834 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4835         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
4836 #else
4837         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
4838 #endif
4839         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4840         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4841         zone_update_caches(zone);
4842
4843         return (1);
4844 }
4845
4846 /* See uma.h */
4847 void
4848 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
4849 {
4850         struct vm_domainset_iter di;
4851         uma_domain_t dom;
4852         uma_slab_t slab;
4853         uma_keg_t keg;
4854         int aflags, domain, slabs;
4855
4856         KEG_GET(zone, keg);
4857         slabs = howmany(items, keg->uk_ipers);
4858         while (slabs-- > 0) {
4859                 aflags = M_NOWAIT;
4860                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
4861                     &aflags);
4862                 for (;;) {
4863                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
4864                             aflags);
4865                         if (slab != NULL) {
4866                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4867                                 /*
4868                                  * keg_alloc_slab() always returns a slab on the
4869                                  * partial list.
4870                                  */
4871                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4872                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
4873                                     us_link);
4874                                 dom->ud_free_slabs++;
4875                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
4876                                 break;
4877                         }
4878                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
4879                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
4880                 }
4881         }
4882 }
4883
4884 /*
4885  * Returns a snapshot of memory consumption in bytes.
4886  */
4887 size_t
4888 uma_zone_memory(uma_zone_t zone)
4889 {
4890         size_t sz;
4891         int i;
4892
4893         sz = 0;
4894         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) {
4895                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4896                         sz += ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
4897                 return (sz * zone->uz_size);
4898         }
4899         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4900                 sz += zone->uz_keg->uk_domain[i].ud_pages;
4901
4902         return (sz * PAGE_SIZE);
4903 }
4904
4905 /* See uma.h */
4906 void
4907 uma_reclaim(int req)
4908 {
4909
4910         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
4911         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
4912         bucket_enable();
4913
4914         switch (req) {
4915         case UMA_RECLAIM_TRIM:
4916                 zone_foreach(zone_trim, NULL);
4917                 break;
4918         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
4919         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
4920                 zone_foreach(zone_drain, NULL);
4921                 if (req == UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU) {
4922                         pcpu_cache_drain_safe(NULL);
4923                         zone_foreach(zone_drain, NULL);
4924                 }
4925                 break;
4926         default:
4927                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
4928         }
4929
4930         /*
4931          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
4932          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
4933          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
4934          */
4935         zone_drain(slabzones[0], NULL);
4936         zone_drain(slabzones[1], NULL);
4937         bucket_zone_drain();
4938         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
4939 }
4940
4941 static volatile int uma_reclaim_needed;
4942
4943 void
4944 uma_reclaim_wakeup(void)
4945 {
4946
4947         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
4948                 wakeup(uma_reclaim);
4949 }
4950
4951 void
4952 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
4953 {
4954
4955         for (;;) {
4956                 sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
4957                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
4958                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_reclaim_lock, PVM, "umarcl",
4959                             hz);
4960                 sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
4961                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
4962                 uma_reclaim(UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU);
4963                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
4964                 /* Don't fire more than once per-second. */
4965                 pause("umarclslp", hz);
4966         }
4967 }
4968
4969 /* See uma.h */
4970 void
4971 uma_zone_reclaim(uma_zone_t zone, int req)
4972 {
4973
4974         switch (req) {
4975         case UMA_RECLAIM_TRIM:
4976                 zone_trim(zone, NULL);
4977                 break;
4978         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
4979                 zone_drain(zone, NULL);
4980                 break;
4981         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
4982                 pcpu_cache_drain_safe(zone);
4983                 zone_drain(zone, NULL);
4984                 break;
4985         default:
4986                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
4987         }
4988 }
4989
4990 /* See uma.h */
4991 int
4992 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
4993 {
4994
4995         return (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0);
4996 }
4997
4998 unsigned long
4999 uma_limit(void)
5000 {
5001
5002         return (uma_kmem_limit);
5003 }
5004
5005 void
5006 uma_set_limit(unsigned long limit)
5007 {
5008
5009         uma_kmem_limit = limit;
5010 }
5011
5012 unsigned long
5013 uma_size(void)
5014 {
5015
5016         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
5017 }
5018
5019 long
5020 uma_avail(void)
5021 {
5022
5023         return (uma_kmem_limit - uma_size());
5024 }
5025
5026 #ifdef DDB
5027 /*
5028  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
5029  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
5030  *
5031  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
5032  * per-CPU cache statistic.
5033  *
5034  */
5035 static void
5036 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
5037     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp, uint64_t *xdomainp)
5038 {
5039         uma_cache_t cache;
5040         uint64_t allocs, frees, sleeps, xdomain;
5041         int cachefree, cpu;
5042
5043         allocs = frees = sleeps = xdomain = 0;
5044         cachefree = 0;
5045         CPU_FOREACH(cpu) {
5046                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
5047                 cachefree += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5048                 cachefree += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5049                 xdomain += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5050                 cachefree += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5051                 allocs += cache->uc_allocs;
5052                 frees += cache->uc_frees;
5053         }
5054         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5055         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5056         xdomain += counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5057         sleeps += z->uz_sleeps;
5058         if (cachefreep != NULL)
5059                 *cachefreep = cachefree;
5060         if (allocsp != NULL)
5061                 *allocsp = allocs;
5062         if (freesp != NULL)
5063                 *freesp = frees;
5064         if (sleepsp != NULL)
5065                 *sleepsp = sleeps;
5066         if (xdomainp != NULL)
5067                 *xdomainp = xdomain;
5068 }
5069 #endif /* DDB */
5070
5071 static int
5072 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5073 {
5074         uma_keg_t kz;
5075         uma_zone_t z;
5076         int count;
5077
5078         count = 0;
5079         rw_rlock(&uma_rwlock);
5080         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5081                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5082                         count++;
5083         }
5084         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5085                 count++;
5086
5087         rw_runlock(&uma_rwlock);
5088         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
5089 }
5090
5091 static void
5092 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
5093     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
5094 {
5095         uma_zone_domain_t zdom;
5096         uma_cache_t cache;
5097         int i;
5098
5099         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5100                 zdom = ZDOM_GET(z, i);
5101                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
5102         }
5103         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5104         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5105         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
5106         uth->uth_xdomain = counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5107         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
5108
5109         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
5110                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
5111                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
5112                         continue;
5113                 cache = &z->uz_cpu[i];
5114                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5115                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5116                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5117                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
5118                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
5119         }
5120 }
5121
5122 static int
5123 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5124 {
5125         struct uma_stream_header ush;
5126         struct uma_type_header uth;
5127         struct uma_percpu_stat *ups;
5128         struct sbuf sbuf;
5129         uma_keg_t kz;
5130         uma_zone_t z;
5131         uint64_t items;
5132         uint32_t kfree, pages;
5133         int count, error, i;
5134
5135         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
5136         if (error != 0)
5137                 return (error);
5138         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
5139         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
5140         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
5141
5142         count = 0;
5143         rw_rlock(&uma_rwlock);
5144         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5145                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5146                         count++;
5147         }
5148
5149         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5150                 count++;
5151
5152         /*
5153          * Insert stream header.
5154          */
5155         bzero(&ush, sizeof(ush));
5156         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
5157         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
5158         ush.ush_count = count;
5159         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
5160
5161         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5162                 kfree = pages = 0;
5163                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5164                         kfree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5165                         pages += kz->uk_domain[i].ud_pages;
5166                 }
5167                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5168                         bzero(&uth, sizeof(uth));
5169                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5170                         uth.uth_align = kz->uk_align;
5171                         uth.uth_size = kz->uk_size;
5172                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
5173                         if (z->uz_max_items > 0) {
5174                                 items = UZ_ITEMS_COUNT(z->uz_items);
5175                                 uth.uth_pages = (items / kz->uk_ipers) *
5176                                         kz->uk_ppera;
5177                         } else
5178                                 uth.uth_pages = pages;
5179                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
5180                             kz->uk_ppera;
5181                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
5182                         uth.uth_keg_free = kfree;
5183
5184                         /*
5185                          * A zone is secondary is it is not the first entry
5186                          * on the keg's zone list.
5187                          */
5188                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5189                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
5190                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
5191                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
5192                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
5193                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5194                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5195                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5196                 }
5197         }
5198         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5199                 bzero(&uth, sizeof(uth));
5200                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5201                 uth.uth_size = z->uz_size;
5202                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
5203                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5204                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5205                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5206         }
5207
5208         rw_runlock(&uma_rwlock);
5209         error = sbuf_finish(&sbuf);
5210         sbuf_delete(&sbuf);
5211         free(ups, M_TEMP);
5212         return (error);
5213 }
5214
5215 int
5216 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5217 {
5218         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5219         int error, max;
5220
5221         max = uma_zone_get_max(zone);
5222         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
5223         if (error || !req->newptr)
5224                 return (error);
5225
5226         uma_zone_set_max(zone, max);
5227
5228         return (0);
5229 }
5230
5231 int
5232 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5233 {
5234         uma_zone_t zone;
5235         int cur;
5236
5237         /*
5238          * Some callers want to add sysctls for global zones that
5239          * may not yet exist so they pass a pointer to a pointer.
5240          */
5241         if (arg2 == 0)
5242                 zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5243         else
5244                 zone = arg1;
5245         cur = uma_zone_get_cur(zone);
5246         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
5247 }
5248
5249 static int
5250 sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5251 {
5252         uma_zone_t zone = arg1;
5253         uint64_t cur;
5254
5255         cur = uma_zone_get_allocs(zone);
5256         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5257 }
5258
5259 static int
5260 sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5261 {
5262         uma_zone_t zone = arg1;
5263         uint64_t cur;
5264
5265         cur = uma_zone_get_frees(zone);
5266         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5267 }
5268
5269 static int
5270 sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5271 {
5272         struct sbuf sbuf;
5273         uma_zone_t zone = arg1;
5274         int error;
5275
5276         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 0, req);
5277         if (zone->uz_flags != 0)
5278                 sbuf_printf(&sbuf, "0x%b", zone->uz_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS);
5279         else
5280                 sbuf_printf(&sbuf, "0");
5281         error = sbuf_finish(&sbuf);
5282         sbuf_delete(&sbuf);
5283
5284         return (error);
5285 }
5286
5287 static int
5288 sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5289 {
5290         uma_keg_t keg = arg1;
5291         int avail, effpct, total;
5292
5293         total = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
5294         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
5295                 total += slabzone(keg->uk_ipers)->uz_keg->uk_rsize;
5296         /*
5297          * We consider the client's requested size and alignment here, not the
5298          * real size determination uk_rsize, because we also adjust the real
5299          * size for internal implementation reasons (max bitset size).
5300          */
5301         avail = keg->uk_ipers * roundup2(keg->uk_size, keg->uk_align + 1);
5302         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
5303                 avail *= mp_maxid + 1;
5304         effpct = 100 * avail / total;
5305         return (sysctl_handle_int(oidp, &effpct, 0, req));
5306 }
5307
5308 static int
5309 sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5310 {
5311         uma_zone_t zone = arg1;
5312         uint64_t cur;
5313
5314         cur = UZ_ITEMS_COUNT(atomic_load_64(&zone->uz_items));
5315         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5316 }
5317
5318 #ifdef INVARIANTS
5319 static uma_slab_t
5320 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
5321 {
5322         uma_slab_t slab;
5323         uma_keg_t keg;
5324         uint8_t *mem;
5325
5326         /*
5327          * It is safe to return the slab here even though the
5328          * zone is unlocked because the item's allocation state
5329          * essentially holds a reference.
5330          */
5331         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
5332         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5333                 return (NULL);
5334         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
5335                 return (vtoslab((vm_offset_t)mem));
5336         keg = zone->uz_keg;
5337         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
5338                 return ((uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff));
5339         KEG_LOCK(keg, 0);
5340         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
5341         KEG_UNLOCK(keg, 0);
5342
5343         return (slab);
5344 }
5345
5346 static bool
5347 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
5348 {
5349
5350         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5351                 return (true);
5352
5353         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
5354 }
5355
5356 static bool
5357 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
5358 {
5359         uintptr_t idx;
5360
5361         if (dbg_divisor == 0)
5362                 return (true);
5363
5364         if (dbg_divisor == 1)
5365                 return (false);
5366
5367         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
5368         if (keg->uk_ipers > 1) {
5369                 idx *= keg->uk_ipers;
5370                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
5371         }
5372
5373         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
5374                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
5375                 return (true);
5376         }
5377         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
5378
5379         return (false);
5380 }
5381
5382 /*
5383  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
5384  *
5385  */
5386 static void
5387 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5388 {
5389         uma_keg_t keg;
5390         int freei;
5391
5392         if (slab == NULL) {
5393                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5394                 if (slab == NULL)
5395                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s",
5396                             item, zone->uz_name);
5397         }
5398         keg = zone->uz_keg;
5399         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5400
5401         if (BIT_TEST_SET_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5402             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5403                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5404                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5405 }
5406
5407 /*
5408  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
5409  * and duplicate frees.
5410  *
5411  */
5412 static void
5413 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5414 {
5415         uma_keg_t keg;
5416         int freei;
5417
5418         if (slab == NULL) {
5419                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5420                 if (slab == NULL)
5421                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s",
5422                             item, zone->uz_name);
5423         }
5424         keg = zone->uz_keg;
5425         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5426
5427         if (freei >= keg->uk_ipers)
5428                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5429                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5430
5431         if (slab_item(slab, keg, freei) != item)
5432                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5433                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5434
5435         if (!BIT_TEST_CLR_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5436             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5437                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5438                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5439 }
5440 #endif /* INVARIANTS */
5441
5442 #ifdef DDB
5443 static int64_t
5444 get_uma_stats(uma_keg_t kz, uma_zone_t z, uint64_t *allocs, uint64_t *used,
5445     uint64_t *sleeps, long *cachefree, uint64_t *xdomain)
5446 {
5447         uint64_t frees;
5448         int i;
5449
5450         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
5451                 *allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5452                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5453                 *sleeps = z->uz_sleeps;
5454                 *cachefree = 0;
5455                 *xdomain = 0;
5456         } else
5457                 uma_zone_sumstat(z, cachefree, allocs, &frees, sleeps,
5458                     xdomain);
5459         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5460                 *cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5461                 if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5462                     (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
5463                         *cachefree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5464         }
5465         *used = *allocs - frees;
5466         return (((int64_t)*used + *cachefree) * kz->uk_size);
5467 }
5468
5469 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
5470 {
5471         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
5472         uma_keg_t kz;
5473         uma_zone_t z;
5474         uint64_t allocs, used, sleeps, xdomain;
5475         long cachefree;
5476         /* variables for sorting */
5477         uma_keg_t cur_keg;
5478         uma_zone_t cur_zone, last_zone;
5479         int64_t cur_size, last_size, size;
5480         int ties;
5481
5482         /* /i option produces machine-parseable CSV output */
5483         if (modif[0] == 'i') {
5484                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s\n";
5485                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jd,%ld,%ju,%ju,%u,%jd,%ju\n";
5486         } else {
5487                 fmt_hdr = "%18s %6s %7s %7s %11s %7s %7s %10s %8s\n";
5488                 fmt_entry = "%18s %6ju %7jd %7ld %11ju %7ju %7u %10jd %8ju\n";
5489         }
5490
5491         db_printf(fmt_hdr, "Zone", "Size", "Used", "Free", "Requests",
5492             "Sleeps", "Bucket", "Total Mem", "XFree");
5493
5494         /* Sort the zones with largest size first. */
5495         last_zone = NULL;
5496         last_size = INT64_MAX;
5497         for (;;) {
5498                 cur_zone = NULL;
5499                 cur_size = -1;
5500                 ties = 0;
5501                 LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5502                         LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5503                                 /*
5504                                  * In the case of size ties, print out zones
5505                                  * in the order they are encountered.  That is,
5506                                  * when we encounter the most recently output
5507                                  * zone, we have already printed all preceding
5508                                  * ties, and we must print all following ties.
5509                                  */
5510                                 if (z == last_zone) {
5511                                         ties = 1;
5512                                         continue;
5513                                 }
5514                                 size = get_uma_stats(kz, z, &allocs, &used,
5515                                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5516                                 if (size > cur_size && size < last_size + ties)
5517                                 {
5518                                         cur_size = size;
5519                                         cur_zone = z;
5520                                         cur_keg = kz;
5521                                 }
5522                         }
5523                 }
5524                 if (cur_zone == NULL)
5525                         break;
5526
5527                 size = get_uma_stats(cur_keg, cur_zone, &allocs, &used,
5528                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5529                 db_printf(fmt_entry, cur_zone->uz_name,
5530                     (uintmax_t)cur_keg->uk_size, (intmax_t)used, cachefree,
5531                     (uintmax_t)allocs, (uintmax_t)sleeps,
5532                     (unsigned)cur_zone->uz_bucket_size, (intmax_t)size,
5533                     xdomain);
5534
5535                 if (db_pager_quit)
5536                         return;
5537                 last_zone = cur_zone;
5538                 last_size = cur_size;
5539         }
5540 }
5541
5542 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
5543 {
5544         uma_zone_t z;
5545         uint64_t allocs, frees;
5546         long cachefree;
5547         int i;
5548
5549         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
5550             "Requests", "Bucket");
5551         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5552                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL, NULL);
5553                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
5554                         cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5555                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
5556                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
5557                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
5558                     (uintmax_t)allocs, z->uz_bucket_size);
5559                 if (db_pager_quit)
5560                         return;
5561         }
5562 }
5563 #endif  /* DDB */