]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
Merge llvm, clang, lld, lldb, compiler-rt and libc++ r308421, and update
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 #include "opt_ddb.h"
54 #include "opt_param.h"
55 #include "opt_vm.h"
56
57 #include <sys/param.h>
58 #include <sys/systm.h>
59 #include <sys/bitset.h>
60 #include <sys/eventhandler.h>
61 #include <sys/kernel.h>
62 #include <sys/types.h>
63 #include <sys/queue.h>
64 #include <sys/malloc.h>
65 #include <sys/ktr.h>
66 #include <sys/lock.h>
67 #include <sys/sysctl.h>
68 #include <sys/mutex.h>
69 #include <sys/proc.h>
70 #include <sys/random.h>
71 #include <sys/rwlock.h>
72 #include <sys/sbuf.h>
73 #include <sys/sched.h>
74 #include <sys/smp.h>
75 #include <sys/taskqueue.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77
78 #include <vm/vm.h>
79 #include <vm/vm_object.h>
80 #include <vm/vm_page.h>
81 #include <vm/vm_pageout.h>
82 #include <vm/vm_param.h>
83 #include <vm/vm_map.h>
84 #include <vm/vm_kern.h>
85 #include <vm/vm_extern.h>
86 #include <vm/uma.h>
87 #include <vm/uma_int.h>
88 #include <vm/uma_dbg.h>
89
90 #include <ddb/ddb.h>
91
92 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
93 #include <vm/memguard.h>
94 #endif
95
96 /*
97  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
98  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
99  * bss section to bootstrap us.
100  */
101 static struct uma_keg masterkeg;
102 static struct uma_zone masterzone_k;
103 static struct uma_zone masterzone_z;
104 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
105 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
106
107 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
108 static uma_zone_t slabzone;
109
110 /*
111  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
112  * prior to malloc coming up.
113  */
114 static uma_zone_t hashzone;
115
116 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
117 int uma_align_cache = 64 - 1;
118
119 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
120
121 /*
122  * Are we allowed to allocate buckets?
123  */
124 static int bucketdisable = 1;
125
126 /* Linked list of all kegs in the system */
127 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
128
129 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
130 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
131     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
132
133 /* This RW lock protects the keg list */
134 static struct rwlock_padalign uma_rwlock;
135
136 /*
137  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
138  * startup to bootstrap UMA.  Early zones continue to use the pool
139  * until it is depleted, so allocations may happen after boot, thus
140  * we need a mutex to protect it.
141  */
142 static char *bootmem;
143 static int boot_pages;
144 static struct mtx uma_boot_pages_mtx;
145
146 static struct sx uma_drain_lock;
147
148 /* Is the VM done starting up? */
149 static int booted = 0;
150 #define UMA_STARTUP     1
151 #define UMA_STARTUP2    2
152
153 /*
154  * This is the handle used to schedule events that need to happen
155  * outside of the allocation fast path.
156  */
157 static struct callout uma_callout;
158 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
159
160 /*
161  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
162  * a special allocation function just for zones.
163  */
164 struct uma_zctor_args {
165         const char *name;
166         size_t size;
167         uma_ctor ctor;
168         uma_dtor dtor;
169         uma_init uminit;
170         uma_fini fini;
171         uma_import import;
172         uma_release release;
173         void *arg;
174         uma_keg_t keg;
175         int align;
176         uint32_t flags;
177 };
178
179 struct uma_kctor_args {
180         uma_zone_t zone;
181         size_t size;
182         uma_init uminit;
183         uma_fini fini;
184         int align;
185         uint32_t flags;
186 };
187
188 struct uma_bucket_zone {
189         uma_zone_t      ubz_zone;
190         char            *ubz_name;
191         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
192         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
193 };
194
195 /*
196  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
197  * of two sizes for more efficient space utilization.
198  */
199 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
200     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
201
202 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
203
204 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
205         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
206         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
207         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
208         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
209         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
210         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
211         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
212         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
213         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
214         { NULL, NULL, 0}
215 };
216
217 /*
218  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
219  */
220 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
221
222 /* Prototypes.. */
223
224 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
225 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
226 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
227 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
228 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
229 static void cache_drain(uma_zone_t);
230 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
231 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
232 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
233 static void keg_dtor(void *, int, void *);
234 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
235 static void zone_dtor(void *, int, void *);
236 static int zero_init(void *, int, int);
237 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
238 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
239 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
240 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
241 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
242 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
243 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
244 static void uma_timeout(void *);
245 static void uma_startup3(void);
246 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
247 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
248 static void bucket_enable(void);
249 static void bucket_init(void);
250 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
251 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
252 static void bucket_zone_drain(void);
253 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
254 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
255 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
256 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
257 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
258 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
259     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
260 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
261 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
262 static void uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone);
263
264 void uma_print_zone(uma_zone_t);
265 void uma_print_stats(void);
266 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
267 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
268
269 #ifdef INVARIANTS
270 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
271 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
272 #endif
273
274 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
275
276 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
277     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
278
279 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
280     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
281
282 static int zone_warnings = 1;
283 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
284     "Warn when UMA zones becomes full");
285
286 /*
287  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
288  */
289 static void
290 bucket_enable(void)
291 {
292         bucketdisable = vm_page_count_min();
293 }
294
295 /*
296  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
297  *
298  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
299  * of the header and an array of pointers.
300  */
301 static void
302 bucket_init(void)
303 {
304         struct uma_bucket_zone *ubz;
305         int size;
306
307         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
308                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
309                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
310                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
311                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
312                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
313         }
314 }
315
316 /*
317  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
318  * to allocate the bucket.
319  */
320 static struct uma_bucket_zone *
321 bucket_zone_lookup(int entries)
322 {
323         struct uma_bucket_zone *ubz;
324
325         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
326                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
327                         return (ubz);
328         ubz--;
329         return (ubz);
330 }
331
332 static int
333 bucket_select(int size)
334 {
335         struct uma_bucket_zone *ubz;
336
337         ubz = &bucket_zones[0];
338         if (size > ubz->ubz_maxsize)
339                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
340
341         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
342                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
343                         break;
344         ubz--;
345         return (ubz->ubz_entries);
346 }
347
348 static uma_bucket_t
349 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
350 {
351         struct uma_bucket_zone *ubz;
352         uma_bucket_t bucket;
353
354         /*
355          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
356          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
357          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
358          * low memory situations.
359          */
360         if (bucketdisable)
361                 return (NULL);
362         /*
363          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
364          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
365          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
366          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
367          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
368          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
369          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
370          * free path.
371          */
372         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
373                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
374         else {
375                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
376                         return (NULL);
377                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
378         }
379         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
380                 flags |= M_NOVM;
381         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
382         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
383                 ubz++;
384         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
385         if (bucket) {
386 #ifdef INVARIANTS
387                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
388 #endif
389                 bucket->ub_cnt = 0;
390                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
391         }
392
393         return (bucket);
394 }
395
396 static void
397 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
398 {
399         struct uma_bucket_zone *ubz;
400
401         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
402             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
403         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
404                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
405         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
406         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
407 }
408
409 static void
410 bucket_zone_drain(void)
411 {
412         struct uma_bucket_zone *ubz;
413
414         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
415                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
416 }
417
418 static void
419 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
420 {
421         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
422
423         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
424                 return;
425
426         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
427                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
428 }
429
430 static inline void
431 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
432 {
433
434         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
435                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
436 }
437
438 static void
439 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
440 {
441         uma_klink_t klink;
442
443         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
444                 kegfn(klink->kl_keg);
445 }
446
447 /*
448  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
449  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
450  *
451  * Arguments:
452  *      arg   Unused
453  *
454  * Returns:
455  *      Nothing
456  */
457 static void
458 uma_timeout(void *unused)
459 {
460         bucket_enable();
461         zone_foreach(zone_timeout);
462
463         /* Reschedule this event */
464         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
465 }
466
467 /*
468  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
469  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
470  *
471  *  Returns nothing.
472  */
473 static void
474 keg_timeout(uma_keg_t keg)
475 {
476
477         KEG_LOCK(keg);
478         /*
479          * Expand the keg hash table.
480          *
481          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
482          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
483          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
484          */
485         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
486             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
487                 struct uma_hash newhash;
488                 struct uma_hash oldhash;
489                 int ret;
490
491                 /*
492                  * This is so involved because allocating and freeing
493                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
494                  * I have to do everything in stages and check for
495                  * races.
496                  */
497                 newhash = keg->uk_hash;
498                 KEG_UNLOCK(keg);
499                 ret = hash_alloc(&newhash);
500                 KEG_LOCK(keg);
501                 if (ret) {
502                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
503                                 oldhash = keg->uk_hash;
504                                 keg->uk_hash = newhash;
505                         } else
506                                 oldhash = newhash;
507
508                         KEG_UNLOCK(keg);
509                         hash_free(&oldhash);
510                         return;
511                 }
512         }
513         KEG_UNLOCK(keg);
514 }
515
516 static void
517 zone_timeout(uma_zone_t zone)
518 {
519
520         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
521 }
522
523 /*
524  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
525  * backing store.
526  *
527  * Arguments:
528  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
529  *
530  * Returns:
531  *      1 on success and 0 on failure.
532  */
533 static int
534 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
535 {
536         int oldsize;
537         int alloc;
538
539         oldsize = hash->uh_hashsize;
540
541         /* We're just going to go to a power of two greater */
542         if (oldsize)  {
543                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
544                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
545                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
546                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
547         } else {
548                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
549                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
550                     M_WAITOK);
551                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
552         }
553         if (hash->uh_slab_hash) {
554                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
555                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
556                 return (1);
557         }
558
559         return (0);
560 }
561
562 /*
563  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
564  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
565  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
566  *
567  * Arguments:
568  *      oldhash  The hash you want to expand
569  *      newhash  The hash structure for the new table
570  *
571  * Returns:
572  *      Nothing
573  *
574  * Discussion:
575  */
576 static int
577 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
578 {
579         uma_slab_t slab;
580         int hval;
581         int i;
582
583         if (!newhash->uh_slab_hash)
584                 return (0);
585
586         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
587                 return (0);
588
589         /*
590          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
591          * full rehash.
592          */
593
594         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
595                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
596                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
597                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
598                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
599                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
600                             slab, us_hlink);
601                 }
602
603         return (1);
604 }
605
606 /*
607  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
608  *
609  * Arguments:
610  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
611  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
612  *
613  * Returns:
614  *      Nothing
615  */
616 static void
617 hash_free(struct uma_hash *hash)
618 {
619         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
620                 return;
621         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
622                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
623         else
624                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
625 }
626
627 /*
628  * Frees all outstanding items in a bucket
629  *
630  * Arguments:
631  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
632  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
633  *
634  * Returns:
635  *      Nothing
636  */
637
638 static void
639 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
640 {
641         int i;
642
643         if (bucket == NULL)
644                 return;
645
646         if (zone->uz_fini)
647                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
648                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
649         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
650         bucket->ub_cnt = 0;
651 }
652
653 /*
654  * Drains the per cpu caches for a zone.
655  *
656  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
657  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
658  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
659  *
660  * Arguments:
661  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
662  *
663  * Returns:
664  *      Nothing
665  */
666 static void
667 cache_drain(uma_zone_t zone)
668 {
669         uma_cache_t cache;
670         int cpu;
671
672         /*
673          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
674          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
675          * of the caches at this point.
676          *
677          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
678          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
679          *
680          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
681          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
682          * there in some form?
683          */
684         CPU_FOREACH(cpu) {
685                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
686                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
687                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
688                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
689                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
690                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
691                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
692                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
693         }
694         ZONE_LOCK(zone);
695         bucket_cache_drain(zone);
696         ZONE_UNLOCK(zone);
697 }
698
699 static void
700 cache_shrink(uma_zone_t zone)
701 {
702
703         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
704                 return;
705
706         ZONE_LOCK(zone);
707         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
708         ZONE_UNLOCK(zone);
709 }
710
711 static void
712 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
713 {
714         uma_cache_t cache;
715         uma_bucket_t b1, b2;
716
717         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
718                 return;
719
720         b1 = b2 = NULL;
721         ZONE_LOCK(zone);
722         critical_enter();
723         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
724         if (cache->uc_allocbucket) {
725                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
726                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
727                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
728                 else
729                         b1 = cache->uc_allocbucket;
730                 cache->uc_allocbucket = NULL;
731         }
732         if (cache->uc_freebucket) {
733                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
734                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
735                             cache->uc_freebucket, ub_link);
736                 else
737                         b2 = cache->uc_freebucket;
738                 cache->uc_freebucket = NULL;
739         }
740         critical_exit();
741         ZONE_UNLOCK(zone);
742         if (b1)
743                 bucket_free(zone, b1, NULL);
744         if (b2)
745                 bucket_free(zone, b2, NULL);
746 }
747
748 /*
749  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
750  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
751  * one by one and enter a critical section on each of them in order
752  * to safely access their cache buckets.
753  * Zone lock must not be held on call this function.
754  */
755 static void
756 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
757 {
758         int cpu;
759
760         /*
761          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
762          */
763         if (zone)
764                 cache_shrink(zone);
765         else
766                 zone_foreach(cache_shrink);
767
768         CPU_FOREACH(cpu) {
769                 thread_lock(curthread);
770                 sched_bind(curthread, cpu);
771                 thread_unlock(curthread);
772
773                 if (zone)
774                         cache_drain_safe_cpu(zone);
775                 else
776                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
777         }
778         thread_lock(curthread);
779         sched_unbind(curthread);
780         thread_unlock(curthread);
781 }
782
783 /*
784  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
785  */
786 static void
787 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
788 {
789         uma_bucket_t bucket;
790
791         /*
792          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
793          * cpu (alloc/free).
794          */
795         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
796                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
797                 ZONE_UNLOCK(zone);
798                 bucket_drain(zone, bucket);
799                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
800                 ZONE_LOCK(zone);
801         }
802
803         /*
804          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
805          * is probably lower then price of global cache drain.
806          */
807         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
808                 zone->uz_count--;
809 }
810
811 static void
812 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
813 {
814         uint8_t *mem;
815         int i;
816         uint8_t flags;
817
818         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
819             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
820
821         mem = slab->us_data;
822         flags = slab->us_flags;
823         i = start;
824         if (keg->uk_fini != NULL) {
825                 for (i--; i > -1; i--)
826                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
827                             keg->uk_size);
828         }
829         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
830                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
831         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
832 }
833
834 /*
835  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
836  * the pageout daemon.
837  *
838  * Returns nothing.
839  */
840 static void
841 keg_drain(uma_keg_t keg)
842 {
843         struct slabhead freeslabs = { 0 };
844         uma_slab_t slab, tmp;
845
846         /*
847          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
848          * time
849          */
850         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
851                 return;
852
853         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
854             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
855         KEG_LOCK(keg);
856         if (keg->uk_free == 0)
857                 goto finished;
858
859         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &keg->uk_free_slab, us_link, tmp) {
860                 /* We have nowhere to free these to. */
861                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
862                         continue;
863
864                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
865                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
866                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
867
868                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
869                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
870
871                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
872         }
873 finished:
874         KEG_UNLOCK(keg);
875
876         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
877                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
878                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
879         }
880 }
881
882 static void
883 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
884 {
885
886         /*
887          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
888          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
889          * is the only call that knows the structure will still be available
890          * when it wakes up.
891          */
892         ZONE_LOCK(zone);
893         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
894                 if (waitok == M_NOWAIT)
895                         goto out;
896                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
897         }
898         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
899         bucket_cache_drain(zone);
900         ZONE_UNLOCK(zone);
901         /*
902          * The DRAINING flag protects us from being freed while
903          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
904          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
905          */
906         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
907         ZONE_LOCK(zone);
908         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
909         wakeup(zone);
910 out:
911         ZONE_UNLOCK(zone);
912 }
913
914 void
915 zone_drain(uma_zone_t zone)
916 {
917
918         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
919 }
920
921 /*
922  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
923  *
924  * Arguments:
925  *      wait  Shall we wait?
926  *
927  * Returns:
928  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
929  *      caller specified M_NOWAIT.
930  */
931 static uma_slab_t
932 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
933 {
934         uma_alloc allocf;
935         uma_slab_t slab;
936         uint8_t *mem;
937         uint8_t flags;
938         int i;
939
940         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
941         slab = NULL;
942         mem = NULL;
943
944         allocf = keg->uk_allocf;
945         KEG_UNLOCK(keg);
946
947         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
948                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
949                 if (slab == NULL)
950                         goto out;
951         }
952
953         /*
954          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
955          * first time they are added to a zone.
956          *
957          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
958          */
959
960         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
961                 wait |= M_ZERO;
962         else
963                 wait &= ~M_ZERO;
964
965         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
966                 wait |= M_NODUMP;
967
968         /* zone is passed for legacy reasons. */
969         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
970         if (mem == NULL) {
971                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
972                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
973                 slab = NULL;
974                 goto out;
975         }
976
977         /* Point the slab into the allocated memory */
978         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
979                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
980
981         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
982                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
983                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
984
985         slab->us_keg = keg;
986         slab->us_data = mem;
987         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
988         slab->us_flags = flags;
989         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
990 #ifdef INVARIANTS
991         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
992 #endif
993
994         if (keg->uk_init != NULL) {
995                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
996                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
997                             keg->uk_size, wait) != 0)
998                                 break;
999                 if (i != keg->uk_ipers) {
1000                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1001                         slab = NULL;
1002                         goto out;
1003                 }
1004         }
1005 out:
1006         KEG_LOCK(keg);
1007
1008         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1009             slab, keg->uk_name, keg);
1010
1011         if (slab != NULL) {
1012                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1013                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1014
1015                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1016                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1017         }
1018
1019         return (slab);
1020 }
1021
1022 /*
1023  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1024  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1025  * the VM is ready.
1026  */
1027 static void *
1028 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1029 {
1030         uma_keg_t keg;
1031         void *mem;
1032         int pages;
1033
1034         keg = zone_first_keg(zone);
1035         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1036         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1037
1038         /*
1039          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1040          */
1041         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1042         if (pages <= boot_pages) {
1043                 mem = bootmem;
1044                 boot_pages -= pages;
1045                 bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1046                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1047                 *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1048                 return (mem);
1049         }
1050         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1051         if (booted < UMA_STARTUP2)
1052                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1053         /*
1054          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1055          */
1056 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1057         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1058 #else
1059         keg->uk_allocf = page_alloc;
1060 #endif
1061         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1062 }
1063
1064 /*
1065  * Allocates a number of pages from the system
1066  *
1067  * Arguments:
1068  *      bytes  The number of bytes requested
1069  *      wait  Shall we wait?
1070  *
1071  * Returns:
1072  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1073  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1074  */
1075 static void *
1076 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1077 {
1078         void *p;        /* Returned page */
1079
1080         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1081         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1082
1083         return (p);
1084 }
1085
1086 /*
1087  * Allocates a number of pages from within an object
1088  *
1089  * Arguments:
1090  *      bytes  The number of bytes requested
1091  *      wait   Shall we wait?
1092  *
1093  * Returns:
1094  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1095  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1096  */
1097 static void *
1098 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1099 {
1100         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1101         u_long npages;
1102         vm_offset_t retkva, zkva;
1103         vm_page_t p, p_next;
1104         uma_keg_t keg;
1105
1106         TAILQ_INIT(&alloctail);
1107         keg = zone_first_keg(zone);
1108
1109         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1110         while (npages > 0) {
1111                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1112                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ);
1113                 if (p != NULL) {
1114                         /*
1115                          * Since the page does not belong to an object, its
1116                          * listq is unused.
1117                          */
1118                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1119                         npages--;
1120                         continue;
1121                 }
1122                 if (wait & M_WAITOK) {
1123                         VM_WAIT;
1124                         continue;
1125                 }
1126
1127                 /*
1128                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1129                  * exit.
1130                  */
1131                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1132                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1133                         vm_page_free(p); 
1134                 }
1135                 return (NULL);
1136         }
1137         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1138         zkva = keg->uk_kva +
1139             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1140         retkva = zkva;
1141         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1142                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1143                 zkva += PAGE_SIZE;
1144         }
1145
1146         return ((void *)retkva);
1147 }
1148
1149 /*
1150  * Frees a number of pages to the system
1151  *
1152  * Arguments:
1153  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1154  *      size  The size of the memory being freed
1155  *      flags The original p->us_flags field
1156  *
1157  * Returns:
1158  *      Nothing
1159  */
1160 static void
1161 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1162 {
1163         struct vmem *vmem;
1164
1165         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1166                 vmem = kmem_arena;
1167         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1168                 vmem = kernel_arena;
1169         else
1170                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1171
1172         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1173 }
1174
1175 /*
1176  * Zero fill initializer
1177  *
1178  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1179  */
1180 static int
1181 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1182 {
1183         bzero(mem, size);
1184         return (0);
1185 }
1186
1187 /*
1188  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1189  *
1190  * Arguments
1191  *      keg  The zone we should initialize
1192  *
1193  * Returns
1194  *      Nothing
1195  */
1196 static void
1197 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1198 {
1199         u_int rsize;
1200         u_int memused;
1201         u_int wastedspace;
1202         u_int shsize;
1203         u_int slabsize;
1204
1205         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1206                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1207
1208                 slabsize = sizeof(struct pcpu);
1209                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1210                     PAGE_SIZE);
1211         } else {
1212                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1213                 keg->uk_ppera = 1;
1214         }
1215
1216         /*
1217          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1218          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1219          * allocation bits for we round it up.
1220          */
1221         rsize = keg->uk_size;
1222         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1223                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1224         if (rsize & keg->uk_align)
1225                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1226         keg->uk_rsize = rsize;
1227
1228         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1229             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1230             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1231
1232         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1233                 shsize = 0;
1234         else 
1235                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1236
1237         keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1238         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1239             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1240
1241         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1242         wastedspace = slabsize - memused;
1243
1244         /*
1245          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1246          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1247          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1248          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1249          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1250          */
1251         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1252             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1253                 return;
1254
1255         /*
1256          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1257          * this if it permits more items per-slab.
1258          *
1259          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1260          * Historically this was not done because the VM could not
1261          * efficiently handle contiguous allocations.
1262          */
1263         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1264             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1265                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1266                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1267                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1268                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1269                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1270                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1271                     "calculated ipers = %d, "
1272                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1273                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1274                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1275                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1276         }
1277
1278         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1279             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1280                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1281 }
1282
1283 /*
1284  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1285  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1286  * more complicated.
1287  *
1288  * Arguments
1289  *      keg  The keg we should initialize
1290  *
1291  * Returns
1292  *      Nothing
1293  */
1294 static void
1295 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1296 {
1297         u_int shsize;
1298
1299         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1300         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1301             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1302         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1303             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1304
1305         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1306         keg->uk_ipers = 1;
1307         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1308
1309         /* We can't do OFFPAGE if we're internal, bail out here. */
1310         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1311                 return;
1312
1313         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1314         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1315                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1316                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1317                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1318                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1319
1320                 if ((PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - keg->uk_rsize < shsize)
1321                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1322         }
1323
1324         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1325             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1326                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1327 }
1328
1329 static void
1330 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1331 {
1332         int alignsize;
1333         int trailer;
1334         int pages;
1335         int rsize;
1336
1337         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1338             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1339
1340         alignsize = keg->uk_align + 1;
1341         rsize = keg->uk_size;
1342         /*
1343          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1344          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1345          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1346          * would fall on the same boundary every time.
1347          */
1348         if (rsize & keg->uk_align)
1349                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1350         if ((rsize & alignsize) == 0)
1351                 rsize += alignsize;
1352         trailer = rsize - keg->uk_size;
1353         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1354         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1355         keg->uk_rsize = rsize;
1356         keg->uk_ppera = pages;
1357         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1358         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1359         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1360             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1361             keg->uk_ipers));
1362 }
1363
1364 /*
1365  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1366  * the keg onto the global keg list.
1367  *
1368  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1369  *      udata  Actually uma_kctor_args
1370  */
1371 static int
1372 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1373 {
1374         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1375         uma_keg_t keg = mem;
1376         uma_zone_t zone;
1377
1378         bzero(keg, size);
1379         keg->uk_size = arg->size;
1380         keg->uk_init = arg->uminit;
1381         keg->uk_fini = arg->fini;
1382         keg->uk_align = arg->align;
1383         keg->uk_free = 0;
1384         keg->uk_reserve = 0;
1385         keg->uk_pages = 0;
1386         keg->uk_flags = arg->flags;
1387         keg->uk_slabzone = NULL;
1388
1389         /*
1390          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1391          */
1392         zone = arg->zone;
1393         keg->uk_name = zone->uz_name;
1394
1395         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1396                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1397
1398         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1399                 keg->uk_init = zero_init;
1400
1401         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1402                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1403
1404         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1405 #ifdef SMP
1406                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1407 #else
1408                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1409 #endif
1410
1411         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1412                 keg_cachespread_init(keg);
1413         } else {
1414                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1415                         keg_large_init(keg);
1416                 else
1417                         keg_small_init(keg);
1418         }
1419
1420         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1421                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1422
1423         /*
1424          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1425          * startup cache until the vm is ready.
1426          */
1427         if (booted < UMA_STARTUP2)
1428                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1429 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1430         else if (keg->uk_ppera == 1)
1431                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1432 #endif
1433         else
1434                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1435 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1436         if (keg->uk_ppera == 1)
1437                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1438         else
1439 #endif
1440                 keg->uk_freef = page_free;
1441
1442         /*
1443          * Initialize keg's lock
1444          */
1445         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1446
1447         /*
1448          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1449          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1450          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1451          */
1452         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1453                 u_int totsize;
1454
1455                 /* Size of the slab struct and free list */
1456                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1457
1458                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1459                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1460                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1461                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1462
1463                 /*
1464                  * The only way the following is possible is if with our
1465                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1466                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1467                  * mathematically possible for all cases, so we make
1468                  * sure here anyway.
1469                  */
1470                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1471                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1472                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1473                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1474                             keg->uk_size);
1475                         panic("UMA slab won't fit.");
1476                 }
1477         }
1478
1479         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1480                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1481
1482         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1483             keg, zone->uz_name, zone,
1484             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1485             keg->uk_free);
1486
1487         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1488
1489         rw_wlock(&uma_rwlock);
1490         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1491         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1492         return (0);
1493 }
1494
1495 /*
1496  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1497  *
1498  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1499  *      udata  Actually uma_zctor_args
1500  */
1501 static int
1502 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1503 {
1504         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1505         uma_zone_t zone = mem;
1506         uma_zone_t z;
1507         uma_keg_t keg;
1508
1509         bzero(zone, size);
1510         zone->uz_name = arg->name;
1511         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1512         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1513         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1514         zone->uz_init = NULL;
1515         zone->uz_fini = NULL;
1516         zone->uz_allocs = 0;
1517         zone->uz_frees = 0;
1518         zone->uz_fails = 0;
1519         zone->uz_sleeps = 0;
1520         zone->uz_count = 0;
1521         zone->uz_count_min = 0;
1522         zone->uz_flags = 0;
1523         zone->uz_warning = NULL;
1524         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1525         keg = arg->keg;
1526
1527         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1528
1529         /*
1530          * This is a pure cache zone, no kegs.
1531          */
1532         if (arg->import) {
1533                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1534                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1535                 zone->uz_flags = arg->flags;
1536                 zone->uz_size = arg->size;
1537                 zone->uz_import = arg->import;
1538                 zone->uz_release = arg->release;
1539                 zone->uz_arg = arg->arg;
1540                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1541                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1542                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1543                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1544                 goto out;
1545         }
1546
1547         /*
1548          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1549          */
1550         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1551         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1552         zone->uz_arg = zone; 
1553
1554         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1555                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1556                 zone->uz_init = arg->uminit;
1557                 zone->uz_fini = arg->fini;
1558                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1559                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1560                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1561                 ZONE_LOCK(zone);
1562                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1563                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1564                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1565                                 break;
1566                         }
1567                 }
1568                 ZONE_UNLOCK(zone);
1569                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1570         } else if (keg == NULL) {
1571                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1572                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1573                         return (ENOMEM);
1574         } else {
1575                 struct uma_kctor_args karg;
1576                 int error;
1577
1578                 /* We should only be here from uma_startup() */
1579                 karg.size = arg->size;
1580                 karg.uminit = arg->uminit;
1581                 karg.fini = arg->fini;
1582                 karg.align = arg->align;
1583                 karg.flags = arg->flags;
1584                 karg.zone = zone;
1585                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1586                     flags);
1587                 if (error)
1588                         return (error);
1589         }
1590
1591         /*
1592          * Link in the first keg.
1593          */
1594         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1595         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1596         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1597         zone->uz_size = keg->uk_size;
1598         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1599             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1600
1601         /*
1602          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1603          * caches.  If we're internal, bail out here.
1604          */
1605         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1606                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1607                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1608                 return (0);
1609         }
1610
1611 out:
1612         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) == 0)
1613                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1614         else
1615                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1616         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1617
1618         return (0);
1619 }
1620
1621 /*
1622  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1623  * table and removes the keg from the global list.
1624  *
1625  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1626  *      udata  unused
1627  */
1628 static void
1629 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1630 {
1631         uma_keg_t keg;
1632
1633         keg = (uma_keg_t)arg;
1634         KEG_LOCK(keg);
1635         if (keg->uk_free != 0) {
1636                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1637                     " Lost %d pages of memory.\n",
1638                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1639                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1640         }
1641         KEG_UNLOCK(keg);
1642
1643         hash_free(&keg->uk_hash);
1644
1645         KEG_LOCK_FINI(keg);
1646 }
1647
1648 /*
1649  * Zone header dtor.
1650  *
1651  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1652  *      udata  unused
1653  */
1654 static void
1655 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1656 {
1657         uma_klink_t klink;
1658         uma_zone_t zone;
1659         uma_keg_t keg;
1660
1661         zone = (uma_zone_t)arg;
1662         keg = zone_first_keg(zone);
1663
1664         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1665                 cache_drain(zone);
1666
1667         rw_wlock(&uma_rwlock);
1668         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1669         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1670         /*
1671          * XXX there are some races here where
1672          * the zone can be drained but zone lock
1673          * released and then refilled before we
1674          * remove it... we dont care for now
1675          */
1676         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1677         /*
1678          * Unlink all of our kegs.
1679          */
1680         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1681                 klink->kl_keg = NULL;
1682                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1683                 if (klink == &zone->uz_klink)
1684                         continue;
1685                 free(klink, M_TEMP);
1686         }
1687         /*
1688          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1689          */
1690         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1691                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1692                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1693                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1694                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1695         }
1696         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1697 }
1698
1699 /*
1700  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1701  *
1702  * Arguments:
1703  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1704  *              as an argument.
1705  *
1706  * Returns:
1707  *      Nothing
1708  */
1709 static void
1710 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1711 {
1712         uma_keg_t keg;
1713         uma_zone_t zone;
1714
1715         rw_rlock(&uma_rwlock);
1716         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1717                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1718                         zfunc(zone);
1719         }
1720         rw_runlock(&uma_rwlock);
1721 }
1722
1723 /* Public functions */
1724 /* See uma.h */
1725 void
1726 uma_startup(void *mem, int npages)
1727 {
1728         struct uma_zctor_args args;
1729
1730         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1731
1732         /* "manually" create the initial zone */
1733         memset(&args, 0, sizeof(args));
1734         args.name = "UMA Kegs";
1735         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1736         args.ctor = keg_ctor;
1737         args.dtor = keg_dtor;
1738         args.uminit = zero_init;
1739         args.fini = NULL;
1740         args.keg = &masterkeg;
1741         args.align = 32 - 1;
1742         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1743         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1744         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1745
1746         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1747         bootmem = mem;
1748         boot_pages = npages;
1749
1750         args.name = "UMA Zones";
1751         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1752             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1753         args.ctor = zone_ctor;
1754         args.dtor = zone_dtor;
1755         args.uminit = zero_init;
1756         args.fini = NULL;
1757         args.keg = NULL;
1758         args.align = 32 - 1;
1759         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1760         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1761         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1762
1763         /* Now make a zone for slab headers */
1764         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1765                                 sizeof(struct uma_slab),
1766                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1767                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1768
1769         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1770             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1771             NULL, NULL, NULL, NULL,
1772             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1773
1774         bucket_init();
1775
1776         booted = UMA_STARTUP;
1777 }
1778
1779 /* see uma.h */
1780 void
1781 uma_startup2(void)
1782 {
1783         booted = UMA_STARTUP2;
1784         bucket_enable();
1785         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
1786 }
1787
1788 /*
1789  * Initialize our callout handle
1790  *
1791  */
1792
1793 static void
1794 uma_startup3(void)
1795 {
1796
1797         callout_init(&uma_callout, 1);
1798         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1799 }
1800
1801 static uma_keg_t
1802 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1803                 int align, uint32_t flags)
1804 {
1805         struct uma_kctor_args args;
1806
1807         args.size = size;
1808         args.uminit = uminit;
1809         args.fini = fini;
1810         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1811         args.flags = flags;
1812         args.zone = zone;
1813         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1814 }
1815
1816 /* See uma.h */
1817 void
1818 uma_set_align(int align)
1819 {
1820
1821         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1822                 uma_align_cache = align;
1823 }
1824
1825 /* See uma.h */
1826 uma_zone_t
1827 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1828                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1829
1830 {
1831         struct uma_zctor_args args;
1832         uma_zone_t res;
1833         bool locked;
1834
1835         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
1836             align, name));
1837
1838         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1839         memset(&args, 0, sizeof(args));
1840         args.name = name;
1841         args.size = size;
1842         args.ctor = ctor;
1843         args.dtor = dtor;
1844         args.uminit = uminit;
1845         args.fini = fini;
1846 #ifdef  INVARIANTS
1847         /*
1848          * If a zone is being created with an empty constructor and
1849          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
1850          * memory use after free.
1851          */
1852         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
1853             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
1854                 args.ctor = trash_ctor;
1855                 args.dtor = trash_dtor;
1856                 args.uminit = trash_init;
1857                 args.fini = trash_fini;
1858         }
1859 #endif
1860         args.align = align;
1861         args.flags = flags;
1862         args.keg = NULL;
1863
1864         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1865                 locked = false;
1866         } else {
1867                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1868                 locked = true;
1869         }
1870         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1871         if (locked)
1872                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1873         return (res);
1874 }
1875
1876 /* See uma.h */
1877 uma_zone_t
1878 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1879                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1880 {
1881         struct uma_zctor_args args;
1882         uma_keg_t keg;
1883         uma_zone_t res;
1884         bool locked;
1885
1886         keg = zone_first_keg(master);
1887         memset(&args, 0, sizeof(args));
1888         args.name = name;
1889         args.size = keg->uk_size;
1890         args.ctor = ctor;
1891         args.dtor = dtor;
1892         args.uminit = zinit;
1893         args.fini = zfini;
1894         args.align = keg->uk_align;
1895         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1896         args.keg = keg;
1897
1898         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1899                 locked = false;
1900         } else {
1901                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1902                 locked = true;
1903         }
1904         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1905         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1906         if (locked)
1907                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1908         return (res);
1909 }
1910
1911 /* See uma.h */
1912 uma_zone_t
1913 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1914                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
1915                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
1916 {
1917         struct uma_zctor_args args;
1918
1919         memset(&args, 0, sizeof(args));
1920         args.name = name;
1921         args.size = size;
1922         args.ctor = ctor;
1923         args.dtor = dtor;
1924         args.uminit = zinit;
1925         args.fini = zfini;
1926         args.import = zimport;
1927         args.release = zrelease;
1928         args.arg = arg;
1929         args.align = 0;
1930         args.flags = flags;
1931
1932         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
1933 }
1934
1935 static void
1936 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1937 {
1938         if (a < b) {
1939                 ZONE_LOCK(a);
1940                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1941         } else {
1942                 ZONE_LOCK(b);
1943                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1944         }
1945 }
1946
1947 static void
1948 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1949 {
1950
1951         ZONE_UNLOCK(a);
1952         ZONE_UNLOCK(b);
1953 }
1954
1955 int
1956 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
1957 {
1958         uma_klink_t klink;
1959         uma_klink_t kl;
1960         int error;
1961
1962         error = 0;
1963         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
1964
1965         zone_lock_pair(zone, master);
1966         /*
1967          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
1968          * a secondary.
1969          */
1970         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
1971             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
1972                 error = EINVAL;
1973                 goto out;
1974         }
1975         /*
1976          * The new master must also use vtoslab().
1977          */
1978         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
1979                 error = EINVAL;
1980                 goto out;
1981         }
1982
1983         /*
1984          * The underlying object must be the same size.  rsize
1985          * may be different.
1986          */
1987         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
1988                 error = E2BIG;
1989                 goto out;
1990         }
1991         /*
1992          * Put it at the end of the list.
1993          */
1994         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
1995         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
1996                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
1997                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
1998                         break;
1999                 }
2000         }
2001         klink = NULL;
2002         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2003         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2004
2005 out:
2006         zone_unlock_pair(zone, master);
2007         if (klink != NULL)
2008                 free(klink, M_TEMP);
2009
2010         return (error);
2011 }
2012
2013
2014 /* See uma.h */
2015 void
2016 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2017 {
2018
2019         sx_slock(&uma_drain_lock);
2020         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2021         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2022 }
2023
2024 /* See uma.h */
2025 void *
2026 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2027 {
2028         void *item;
2029         uma_cache_t cache;
2030         uma_bucket_t bucket;
2031         int lockfail;
2032         int cpu;
2033
2034         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2035         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2036
2037         /* This is the fast path allocation */
2038         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2039             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2040
2041         if (flags & M_WAITOK) {
2042                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2043                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2044         }
2045         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2046             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2047
2048 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2049         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2050                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2051                 if (item != NULL) {
2052                         if (zone->uz_init != NULL &&
2053                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2054                                 return (NULL);
2055                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2056                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2057                             flags) != 0) {
2058                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2059                                 return (NULL);
2060                         }
2061                         return (item);
2062                 }
2063                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2064         }
2065 #endif
2066         /*
2067          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2068          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2069          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2070          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2071          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2072          * preemption and migration.  We release the critical section in
2073          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2074          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2075          * must detect and handle migration if it has occurred.
2076          */
2077         critical_enter();
2078         cpu = curcpu;
2079         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2080
2081 zalloc_start:
2082         bucket = cache->uc_allocbucket;
2083         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2084                 bucket->ub_cnt--;
2085                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2086 #ifdef INVARIANTS
2087                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2088 #endif
2089                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2090                 cache->uc_allocs++;
2091                 critical_exit();
2092                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2093                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2094                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2095                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2096                         return (NULL);
2097                 }
2098 #ifdef INVARIANTS
2099                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2100 #endif
2101                 if (flags & M_ZERO)
2102                         uma_zero_item(item, zone);
2103                 return (item);
2104         }
2105
2106         /*
2107          * We have run out of items in our alloc bucket.
2108          * See if we can switch with our free bucket.
2109          */
2110         bucket = cache->uc_freebucket;
2111         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2112                 CTR2(KTR_UMA,
2113                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2114                     zone->uz_name, zone);
2115                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2116                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2117                 goto zalloc_start;
2118         }
2119
2120         /*
2121          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2122          */
2123         bucket = cache->uc_allocbucket;
2124         cache->uc_allocbucket = NULL;
2125         critical_exit();
2126         if (bucket != NULL)
2127                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2128
2129         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2130         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2131                 goto zalloc_item;
2132
2133         /*
2134          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2135          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2136          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2137          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2138          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2139          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2140          * the critical section.
2141          */
2142         lockfail = 0;
2143         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2144                 /* Record contention to size the buckets. */
2145                 ZONE_LOCK(zone);
2146                 lockfail = 1;
2147         }
2148         critical_enter();
2149         cpu = curcpu;
2150         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2151
2152         /*
2153          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2154          */
2155         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2156         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2157         cache->uc_allocs = 0;
2158         cache->uc_frees = 0;
2159
2160         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2161         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2162                 ZONE_UNLOCK(zone);
2163                 goto zalloc_start;
2164         }
2165
2166         /*
2167          * Check the zone's cache of buckets.
2168          */
2169         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2170                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2171                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2172
2173                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2174                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2175                 ZONE_UNLOCK(zone);
2176                 goto zalloc_start;
2177         }
2178         /* We are no longer associated with this CPU. */
2179         critical_exit();
2180
2181         /*
2182          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2183          * handle the working set.
2184          */
2185         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2186                 zone->uz_count++;
2187         ZONE_UNLOCK(zone);
2188
2189         /*
2190          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2191          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2192          * will use the just filled bucket.
2193          */
2194         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2195         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2196             zone->uz_name, zone, bucket);
2197         if (bucket != NULL) {
2198                 ZONE_LOCK(zone);
2199                 critical_enter();
2200                 cpu = curcpu;
2201                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2202                 /*
2203                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2204                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2205                  * the memory directly.
2206                  */
2207                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2208                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2209                 else
2210                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2211                 ZONE_UNLOCK(zone);
2212                 goto zalloc_start;
2213         }
2214
2215         /*
2216          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2217          */
2218 zalloc_item:
2219         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2220
2221         return (item);
2222 }
2223
2224 static uma_slab_t
2225 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2226 {
2227         uma_slab_t slab;
2228         int reserve;
2229
2230         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2231         slab = NULL;
2232         reserve = 0;
2233         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2234                 reserve = keg->uk_reserve;
2235
2236         for (;;) {
2237                 /*
2238                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2239                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2240                  * fragmentation.
2241                  */
2242                 if (keg->uk_free > reserve) {
2243                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2244                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2245                         } else {
2246                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2247                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2248                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2249                                     us_link);
2250                         }
2251                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2252                         return (slab);
2253                 }
2254
2255                 /*
2256                  * M_NOVM means don't ask at all!
2257                  */
2258                 if (flags & M_NOVM)
2259                         break;
2260
2261                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2262                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2263                         /*
2264                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2265                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2266                          */
2267                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2268                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2269                                 zone_log_warning(zone);
2270                                 zone_maxaction(zone);
2271                         }
2272                         if (flags & M_NOWAIT)
2273                                 break;
2274                         zone->uz_sleeps++;
2275                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2276                         continue;
2277                 }
2278                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2279                 /*
2280                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2281                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2282                  * at least one item.
2283                  */
2284                 if (slab) {
2285                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2286                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2287                         return (slab);
2288                 }
2289                 /*
2290                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2291                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2292                  * fail.
2293                  */
2294                 flags |= M_NOVM;
2295         }
2296         return (slab);
2297 }
2298
2299 static uma_slab_t
2300 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2301 {
2302         uma_slab_t slab;
2303
2304         if (keg == NULL) {
2305                 keg = zone_first_keg(zone);
2306                 KEG_LOCK(keg);
2307         }
2308
2309         for (;;) {
2310                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2311                 if (slab)
2312                         return (slab);
2313                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2314                         break;
2315         }
2316         KEG_UNLOCK(keg);
2317         return (NULL);
2318 }
2319
2320 /*
2321  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2322  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2323  *
2324  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2325  */
2326 static uma_slab_t
2327 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2328 {
2329         uma_klink_t klink;
2330         uma_slab_t slab;
2331         uma_keg_t keg;
2332         int flags;
2333         int empty;
2334         int full;
2335
2336         /*
2337          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2338          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2339          * without blocking.
2340          */
2341         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2342         /*
2343          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2344          * the search.
2345          */
2346         if (last != NULL) {
2347                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2348                 if (slab)
2349                         return (slab);
2350                 KEG_UNLOCK(last);
2351         }
2352         /*
2353          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2354          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2355          * required but we've done it for so long now.
2356          */
2357         for (;;) {
2358                 empty = 0;
2359                 full = 0;
2360                 /*
2361                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2362                  * correct lock while calling into the keg layer.
2363                  */
2364                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2365                         keg = klink->kl_keg;
2366                         KEG_LOCK(keg);
2367                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2368                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2369                                 if (slab)
2370                                         return (slab);
2371                         }
2372                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2373                                 full++;
2374                         else
2375                                 empty++;
2376                         KEG_UNLOCK(keg);
2377                 }
2378                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2379                         break;
2380                 flags = rflags;
2381                 /*
2382                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2383                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2384                  */
2385                 if (full && !empty) {
2386                         ZONE_LOCK(zone);
2387                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2388                         zone->uz_sleeps++;
2389                         zone_log_warning(zone);
2390                         zone_maxaction(zone);
2391                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2392                             "zonelimit", hz/100);
2393                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2394                         ZONE_UNLOCK(zone);
2395                         continue;
2396                 }
2397         }
2398         return (NULL);
2399 }
2400
2401 static void *
2402 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2403 {
2404         void *item;
2405         uint8_t freei;
2406
2407         MPASS(keg == slab->us_keg);
2408         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2409
2410         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2411         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2412         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2413         slab->us_freecount--;
2414         keg->uk_free--;
2415
2416         /* Move this slab to the full list */
2417         if (slab->us_freecount == 0) {
2418                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2419                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2420         }
2421
2422         return (item);
2423 }
2424
2425 static int
2426 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2427 {
2428         uma_slab_t slab;
2429         uma_keg_t keg;
2430         int i;
2431
2432         slab = NULL;
2433         keg = NULL;
2434         /* Try to keep the buckets totally full */
2435         for (i = 0; i < max; ) {
2436                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2437                         break;
2438                 keg = slab->us_keg;
2439                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2440                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2441                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2442                                 break;
2443                 }
2444                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2445                 flags &= ~M_WAITOK;
2446                 flags |= M_NOWAIT;
2447         }
2448         if (slab != NULL)
2449                 KEG_UNLOCK(keg);
2450
2451         return i;
2452 }
2453
2454 static uma_bucket_t
2455 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2456 {
2457         uma_bucket_t bucket;
2458         int max;
2459
2460         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2461         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2462         if (bucket == NULL)
2463                 return (NULL);
2464
2465         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2466         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2467             max, flags);
2468
2469         /*
2470          * Initialize the memory if necessary.
2471          */
2472         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2473                 int i;
2474
2475                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2476                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2477                             flags) != 0)
2478                                 break;
2479                 /*
2480                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2481                  * rest back onto the freelist.
2482                  */
2483                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2484                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2485                             bucket->ub_cnt - i);
2486 #ifdef INVARIANTS
2487                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2488                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2489 #endif
2490                         bucket->ub_cnt = i;
2491                 }
2492         }
2493
2494         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2495                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2496                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2497                 return (NULL);
2498         }
2499
2500         return (bucket);
2501 }
2502
2503 /*
2504  * Allocates a single item from a zone.
2505  *
2506  * Arguments
2507  *      zone   The zone to alloc for.
2508  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2509  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2510  *
2511  * Returns
2512  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2513  *      An item if successful
2514  */
2515
2516 static void *
2517 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2518 {
2519         void *item;
2520
2521         item = NULL;
2522
2523         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2524                 goto fail;
2525         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2526
2527         /*
2528          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2529          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2530          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2531          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2532          */
2533         if (zone->uz_init != NULL) {
2534                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2535                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2536                         goto fail;
2537                 }
2538         }
2539         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2540                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2541                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2542                         goto fail;
2543                 }
2544         }
2545 #ifdef INVARIANTS
2546         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2547 #endif
2548         if (flags & M_ZERO)
2549                 uma_zero_item(item, zone);
2550
2551         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
2552             zone->uz_name, zone);
2553
2554         return (item);
2555
2556 fail:
2557         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
2558             zone->uz_name, zone);
2559         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2560         return (NULL);
2561 }
2562
2563 /* See uma.h */
2564 void
2565 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2566 {
2567         uma_cache_t cache;
2568         uma_bucket_t bucket;
2569         int lockfail;
2570         int cpu;
2571
2572         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2573         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2574
2575         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2576             zone->uz_name);
2577
2578         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2579             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
2580
2581         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2582         if (item == NULL)
2583                 return;
2584 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2585         if (is_memguard_addr(item)) {
2586                 if (zone->uz_dtor != NULL)
2587                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2588                 if (zone->uz_fini != NULL)
2589                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2590                 memguard_free(item);
2591                 return;
2592         }
2593 #endif
2594 #ifdef INVARIANTS
2595         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2596                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2597         else
2598                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2599 #endif
2600         if (zone->uz_dtor != NULL)
2601                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2602
2603         /*
2604          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2605          * a little longer for the limits to be reset.
2606          */
2607         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2608                 goto zfree_item;
2609
2610         /*
2611          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2612          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2613          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2614          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2615          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2616          * preemption and migration.  We release the critical section in
2617          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2618          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2619          * detect and handle migration if it has occurred.
2620          */
2621 zfree_restart:
2622         critical_enter();
2623         cpu = curcpu;
2624         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2625
2626 zfree_start:
2627         /*
2628          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2629          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2630          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2631          */
2632         bucket = cache->uc_allocbucket;
2633         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2634                 bucket = cache->uc_freebucket;
2635         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2636                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2637                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2638                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2639                 bucket->ub_cnt++;
2640                 cache->uc_frees++;
2641                 critical_exit();
2642                 return;
2643         }
2644
2645         /*
2646          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2647          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2648          * section.  Since the critical section is released, we may be
2649          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2650          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2651          * the critical section.
2652          */
2653         critical_exit();
2654         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2655                 goto zfree_item;
2656
2657         lockfail = 0;
2658         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2659                 /* Record contention to size the buckets. */
2660                 ZONE_LOCK(zone);
2661                 lockfail = 1;
2662         }
2663         critical_enter();
2664         cpu = curcpu;
2665         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2666
2667         /*
2668          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2669          */
2670         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2671         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2672         cache->uc_allocs = 0;
2673         cache->uc_frees = 0;
2674
2675         bucket = cache->uc_freebucket;
2676         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2677                 ZONE_UNLOCK(zone);
2678                 goto zfree_start;
2679         }
2680         cache->uc_freebucket = NULL;
2681         /* We are no longer associated with this CPU. */
2682         critical_exit();
2683
2684         /* Can we throw this on the zone full list? */
2685         if (bucket != NULL) {
2686                 CTR3(KTR_UMA,
2687                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
2688                     zone->uz_name, zone, bucket);
2689                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2690                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2691                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2692                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2693         }
2694
2695         /*
2696          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2697          * handle the working set.
2698          */
2699         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2700                 zone->uz_count++;
2701         ZONE_UNLOCK(zone);
2702
2703         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2704         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
2705             zone->uz_name, zone, bucket);
2706         if (bucket) {
2707                 critical_enter();
2708                 cpu = curcpu;
2709                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2710                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2711                         cache->uc_freebucket = bucket;
2712                         goto zfree_start;
2713                 }
2714                 /*
2715                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2716                  * critical section to free the bucket.
2717                  */
2718                 critical_exit();
2719                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2720                 goto zfree_restart;
2721         }
2722
2723         /*
2724          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2725          */
2726 zfree_item:
2727         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2728
2729         return;
2730 }
2731
2732 static void
2733 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2734 {
2735         uint8_t freei;
2736
2737         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2738         MPASS(keg == slab->us_keg);
2739
2740         /* Do we need to remove from any lists? */
2741         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2742                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2743                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2744         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2745                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2746                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2747         }
2748
2749         /* Slab management. */
2750         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2751         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2752         slab->us_freecount++;
2753
2754         /* Keg statistics. */
2755         keg->uk_free++;
2756 }
2757
2758 static void
2759 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2760 {
2761         void *item;
2762         uma_slab_t slab;
2763         uma_keg_t keg;
2764         uint8_t *mem;
2765         int clearfull;
2766         int i;
2767
2768         clearfull = 0;
2769         keg = zone_first_keg(zone);
2770         KEG_LOCK(keg);
2771         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2772                 item = bucket[i];
2773                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2774                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2775                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2776                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2777                         } else {
2778                                 mem += keg->uk_pgoff;
2779                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2780                         }
2781                 } else {
2782                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2783                         if (slab->us_keg != keg) {
2784                                 KEG_UNLOCK(keg);
2785                                 keg = slab->us_keg;
2786                                 KEG_LOCK(keg);
2787                         }
2788                 }
2789                 slab_free_item(keg, slab, item);
2790                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2791                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2792                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2793                                 clearfull = 1;
2794                         }
2795
2796                         /* 
2797                          * We can handle one more allocation. Since we're
2798                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2799                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2800                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2801                          * threads etc).
2802                          */
2803                         wakeup(keg);
2804                 }
2805         }
2806         KEG_UNLOCK(keg);
2807         if (clearfull) {
2808                 ZONE_LOCK(zone);
2809                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2810                 wakeup(zone);
2811                 ZONE_UNLOCK(zone);
2812         }
2813
2814 }
2815
2816 /*
2817  * Frees a single item to any zone.
2818  *
2819  * Arguments:
2820  *      zone   The zone to free to
2821  *      item   The item we're freeing
2822  *      udata  User supplied data for the dtor
2823  *      skip   Skip dtors and finis
2824  */
2825 static void
2826 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2827 {
2828
2829 #ifdef INVARIANTS
2830         if (skip == SKIP_NONE) {
2831                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2832                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2833                 else
2834                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2835         }
2836 #endif
2837         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2838                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2839
2840         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2841                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2842
2843         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2844         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2845 }
2846
2847 /* See uma.h */
2848 int
2849 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2850 {
2851         uma_keg_t keg;
2852
2853         keg = zone_first_keg(zone);
2854         if (keg == NULL)
2855                 return (0);
2856         KEG_LOCK(keg);
2857         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2858         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2859                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2860         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2861         KEG_UNLOCK(keg);
2862
2863         return (nitems);
2864 }
2865
2866 /* See uma.h */
2867 int
2868 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2869 {
2870         int nitems;
2871         uma_keg_t keg;
2872
2873         keg = zone_first_keg(zone);
2874         if (keg == NULL)
2875                 return (0);
2876         KEG_LOCK(keg);
2877         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2878         KEG_UNLOCK(keg);
2879
2880         return (nitems);
2881 }
2882
2883 /* See uma.h */
2884 void
2885 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2886 {
2887
2888         ZONE_LOCK(zone);
2889         zone->uz_warning = warning;
2890         ZONE_UNLOCK(zone);
2891 }
2892
2893 /* See uma.h */
2894 void
2895 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
2896 {
2897
2898         ZONE_LOCK(zone);
2899         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
2900         ZONE_UNLOCK(zone);
2901 }
2902
2903 /* See uma.h */
2904 int
2905 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2906 {
2907         int64_t nitems;
2908         u_int i;
2909
2910         ZONE_LOCK(zone);
2911         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2912         CPU_FOREACH(i) {
2913                 /*
2914                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
2915                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
2916                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
2917                  */
2918                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
2919                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
2920         }
2921         ZONE_UNLOCK(zone);
2922
2923         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
2924 }
2925
2926 /* See uma.h */
2927 void
2928 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2929 {
2930         uma_keg_t keg;
2931
2932         keg = zone_first_keg(zone);
2933         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
2934         KEG_LOCK(keg);
2935         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
2936             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
2937         keg->uk_init = uminit;
2938         KEG_UNLOCK(keg);
2939 }
2940
2941 /* See uma.h */
2942 void
2943 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
2944 {
2945         uma_keg_t keg;
2946
2947         keg = zone_first_keg(zone);
2948         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
2949         KEG_LOCK(keg);
2950         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
2951             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
2952         keg->uk_fini = fini;
2953         KEG_UNLOCK(keg);
2954 }
2955
2956 /* See uma.h */
2957 void
2958 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
2959 {
2960
2961         ZONE_LOCK(zone);
2962         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
2963             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
2964         zone->uz_init = zinit;
2965         ZONE_UNLOCK(zone);
2966 }
2967
2968 /* See uma.h */
2969 void
2970 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
2971 {
2972
2973         ZONE_LOCK(zone);
2974         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
2975             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
2976         zone->uz_fini = zfini;
2977         ZONE_UNLOCK(zone);
2978 }
2979
2980 /* See uma.h */
2981 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
2982 void
2983 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
2984 {
2985         uma_keg_t keg;
2986
2987         keg = zone_first_keg(zone);
2988         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
2989         KEG_LOCK(keg);
2990         keg->uk_freef = freef;
2991         KEG_UNLOCK(keg);
2992 }
2993
2994 /* See uma.h */
2995 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
2996 void
2997 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
2998 {
2999         uma_keg_t keg;
3000
3001         keg = zone_first_keg(zone);
3002         KEG_LOCK(keg);
3003         keg->uk_allocf = allocf;
3004         KEG_UNLOCK(keg);
3005 }
3006
3007 /* See uma.h */
3008 void
3009 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3010 {
3011         uma_keg_t keg;
3012
3013         keg = zone_first_keg(zone);
3014         if (keg == NULL)
3015                 return;
3016         KEG_LOCK(keg);
3017         keg->uk_reserve = items;
3018         KEG_UNLOCK(keg);
3019
3020         return;
3021 }
3022
3023 /* See uma.h */
3024 int
3025 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3026 {
3027         uma_keg_t keg;
3028         vm_offset_t kva;
3029         u_int pages;
3030
3031         keg = zone_first_keg(zone);
3032         if (keg == NULL)
3033                 return (0);
3034         pages = count / keg->uk_ipers;
3035
3036         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3037                 pages++;
3038         pages *= keg->uk_ppera;
3039
3040 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3041         if (keg->uk_ppera > 1) {
3042 #else
3043         if (1) {
3044 #endif
3045                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3046                 if (kva == 0)
3047                         return (0);
3048         } else
3049                 kva = 0;
3050         KEG_LOCK(keg);
3051         keg->uk_kva = kva;
3052         keg->uk_offset = 0;
3053         keg->uk_maxpages = pages;
3054 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3055         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3056 #else
3057         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3058 #endif
3059         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3060         KEG_UNLOCK(keg);
3061
3062         return (1);
3063 }
3064
3065 /* See uma.h */
3066 void
3067 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3068 {
3069         int slabs;
3070         uma_slab_t slab;
3071         uma_keg_t keg;
3072
3073         keg = zone_first_keg(zone);
3074         if (keg == NULL)
3075                 return;
3076         KEG_LOCK(keg);
3077         slabs = items / keg->uk_ipers;
3078         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3079                 slabs++;
3080         while (slabs > 0) {
3081                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3082                 if (slab == NULL)
3083                         break;
3084                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3085                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3086                 slabs--;
3087         }
3088         KEG_UNLOCK(keg);
3089 }
3090
3091 /* See uma.h */
3092 static void
3093 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3094 {
3095
3096         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3097         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3098         bucket_enable();
3099         zone_foreach(zone_drain);
3100         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3101                 cache_drain_safe(NULL);
3102                 zone_foreach(zone_drain);
3103         }
3104         /*
3105          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3106          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3107          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3108          */
3109         zone_drain(slabzone);
3110         bucket_zone_drain();
3111 }
3112
3113 void
3114 uma_reclaim(void)
3115 {
3116
3117         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3118         uma_reclaim_locked(false);
3119         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3120 }
3121
3122 static int uma_reclaim_needed;
3123
3124 void
3125 uma_reclaim_wakeup(void)
3126 {
3127
3128         uma_reclaim_needed = 1;
3129         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3130 }
3131
3132 void
3133 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3134 {
3135
3136         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3137         for (;;) {
3138                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3139                     "umarcl", 0);
3140                 if (uma_reclaim_needed) {
3141                         uma_reclaim_needed = 0;
3142                         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3143                         EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3144                         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3145                         uma_reclaim_locked(true);
3146                 }
3147         }
3148 }
3149
3150 /* See uma.h */
3151 int
3152 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3153 {
3154         int full;
3155
3156         ZONE_LOCK(zone);
3157         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3158         ZONE_UNLOCK(zone);
3159         return (full);  
3160 }
3161
3162 int
3163 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3164 {
3165         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3166 }
3167
3168 void *
3169 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3170 {
3171         void *mem;
3172         uma_slab_t slab;
3173         uint8_t flags;
3174
3175         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3176         if (slab == NULL)
3177                 return (NULL);
3178         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3179         if (mem) {
3180                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3181                 slab->us_data = mem;
3182                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3183                 slab->us_size = size;
3184         } else {
3185                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3186         }
3187
3188         return (mem);
3189 }
3190
3191 void
3192 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3193 {
3194
3195         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3196         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3197 }
3198
3199 static void
3200 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3201 {
3202         int i;
3203
3204         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3205                 CPU_FOREACH(i)
3206                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3207         } else
3208                 bzero(item, zone->uz_size);
3209 }
3210
3211 void
3212 uma_print_stats(void)
3213 {
3214         zone_foreach(uma_print_zone);
3215 }
3216
3217 static void
3218 slab_print(uma_slab_t slab)
3219 {
3220         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3221                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3222 }
3223
3224 static void
3225 cache_print(uma_cache_t cache)
3226 {
3227         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3228                 cache->uc_allocbucket,
3229                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3230                 cache->uc_freebucket,
3231                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3232 }
3233
3234 static void
3235 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3236 {
3237         uma_slab_t slab;
3238
3239         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3240             "out %d free %d limit %d\n",
3241             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3242             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3243             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3244             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3245         printf("Part slabs:\n");
3246         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3247                 slab_print(slab);
3248         printf("Free slabs:\n");
3249         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3250                 slab_print(slab);
3251         printf("Full slabs:\n");
3252         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3253                 slab_print(slab);
3254 }
3255
3256 void
3257 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3258 {
3259         uma_cache_t cache;
3260         uma_klink_t kl;
3261         int i;
3262
3263         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3264             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3265         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3266                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3267         CPU_FOREACH(i) {
3268                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3269                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3270                 cache_print(cache);
3271         }
3272 }
3273
3274 #ifdef DDB
3275 /*
3276  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3277  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3278  *
3279  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3280  * per-CPU cache statistic.
3281  *
3282  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3283  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3284  * directly so that we don't have to.
3285  */
3286 static void
3287 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3288     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3289 {
3290         uma_cache_t cache;
3291         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3292         int cachefree, cpu;
3293
3294         allocs = frees = sleeps = 0;
3295         cachefree = 0;
3296         CPU_FOREACH(cpu) {
3297                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3298                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3299                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3300                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3301                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3302                 allocs += cache->uc_allocs;
3303                 frees += cache->uc_frees;
3304         }
3305         allocs += z->uz_allocs;
3306         frees += z->uz_frees;
3307         sleeps += z->uz_sleeps;
3308         if (cachefreep != NULL)
3309                 *cachefreep = cachefree;
3310         if (allocsp != NULL)
3311                 *allocsp = allocs;
3312         if (freesp != NULL)
3313                 *freesp = frees;
3314         if (sleepsp != NULL)
3315                 *sleepsp = sleeps;
3316 }
3317 #endif /* DDB */
3318
3319 static int
3320 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3321 {
3322         uma_keg_t kz;
3323         uma_zone_t z;
3324         int count;
3325
3326         count = 0;
3327         rw_rlock(&uma_rwlock);
3328         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3329                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3330                         count++;
3331         }
3332         rw_runlock(&uma_rwlock);
3333         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3334 }
3335
3336 static int
3337 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3338 {
3339         struct uma_stream_header ush;
3340         struct uma_type_header uth;
3341         struct uma_percpu_stat ups;
3342         uma_bucket_t bucket;
3343         struct sbuf sbuf;
3344         uma_cache_t cache;
3345         uma_klink_t kl;
3346         uma_keg_t kz;
3347         uma_zone_t z;
3348         uma_keg_t k;
3349         int count, error, i;
3350
3351         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3352         if (error != 0)
3353                 return (error);
3354         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3355         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3356
3357         count = 0;
3358         rw_rlock(&uma_rwlock);
3359         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3360                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3361                         count++;
3362         }
3363
3364         /*
3365          * Insert stream header.
3366          */
3367         bzero(&ush, sizeof(ush));
3368         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3369         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3370         ush.ush_count = count;
3371         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3372
3373         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3374                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3375                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3376                         ZONE_LOCK(z);
3377                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3378                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3379                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3380                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3381                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3382                                 k = kl->kl_keg;
3383                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3384                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3385                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3386                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3387                                     * k->uk_ipers;
3388                         }
3389
3390                         /*
3391                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3392                          * on the keg's zone list.
3393                          */
3394                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3395                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3396                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3397
3398                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3399                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3400                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3401                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3402                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3403                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3404                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3405                         /*
3406                          * While it is not normally safe to access the cache
3407                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3408                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3409                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3410                          * accept the possible race associated with bucket
3411                          * exchange during monitoring.
3412                          */
3413                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3414                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3415                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3416                                         goto skip;
3417                                 if (CPU_ABSENT(i))
3418                                         goto skip;
3419                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3420                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3421                                         ups.ups_cache_free +=
3422                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3423                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3424                                         ups.ups_cache_free +=
3425                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3426                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3427                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3428 skip:
3429                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3430                         }
3431                         ZONE_UNLOCK(z);
3432                 }
3433         }
3434         rw_runlock(&uma_rwlock);
3435         error = sbuf_finish(&sbuf);
3436         sbuf_delete(&sbuf);
3437         return (error);
3438 }
3439
3440 int
3441 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3442 {
3443         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3444         int error, max;
3445
3446         max = uma_zone_get_max(zone);
3447         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3448         if (error || !req->newptr)
3449                 return (error);
3450
3451         uma_zone_set_max(zone, max);
3452
3453         return (0);
3454 }
3455
3456 int
3457 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3458 {
3459         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3460         int cur;
3461
3462         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3463         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3464 }
3465
3466 #ifdef INVARIANTS
3467 static uma_slab_t
3468 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
3469 {
3470         uma_slab_t slab;
3471         uma_keg_t keg;
3472         uint8_t *mem;
3473
3474         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3475         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
3476                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
3477         } else {
3478                 /*
3479                  * It is safe to return the slab here even though the
3480                  * zone is unlocked because the item's allocation state
3481                  * essentially holds a reference.
3482                  */
3483                 ZONE_LOCK(zone);
3484                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
3485                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
3486                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3487                 else
3488                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
3489                 ZONE_UNLOCK(zone);
3490         }
3491
3492         return (slab);
3493 }
3494
3495 /*
3496  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
3497  *
3498  */
3499 static void
3500 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3501 {
3502         uma_keg_t keg;
3503         int freei;
3504
3505         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3506                 return;
3507         if (slab == NULL) {
3508                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3509                 if (slab == NULL) 
3510                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
3511                             item, zone->uz_name);
3512         }
3513         keg = slab->us_keg;
3514         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3515
3516         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3517                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3518                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3519         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3520
3521         return;
3522 }
3523
3524 /*
3525  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
3526  * and duplicate frees.
3527  *
3528  */
3529 static void
3530 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3531 {
3532         uma_keg_t keg;
3533         int freei;
3534
3535         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3536                 return;
3537         if (slab == NULL) {
3538                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3539                 if (slab == NULL) 
3540                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
3541                             item, zone->uz_name);
3542         }
3543         keg = slab->us_keg;
3544         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3545
3546         if (freei >= keg->uk_ipers)
3547                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3548                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3549
3550         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item) 
3551                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3552                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3553
3554         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3555                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3556                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3557
3558         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3559 }
3560 #endif /* INVARIANTS */
3561
3562 #ifdef DDB
3563 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3564 {
3565         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3566         uma_bucket_t bucket;
3567         uma_keg_t kz;
3568         uma_zone_t z;
3569         int cachefree;
3570
3571         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3572             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3573         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3574                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3575                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3576                                 allocs = z->uz_allocs;
3577                                 frees = z->uz_frees;
3578                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3579                                 cachefree = 0;
3580                         } else
3581                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3582                                     &frees, &sleeps);
3583                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3584                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3585                                 cachefree += kz->uk_free;
3586                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3587                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3588                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3589                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3590                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3591                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3592                         if (db_pager_quit)
3593                                 return;
3594                 }
3595         }
3596 }
3597
3598 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3599 {
3600         uint64_t allocs, frees;
3601         uma_bucket_t bucket;
3602         uma_zone_t z;
3603         int cachefree;
3604
3605         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3606             "Requests", "Bucket");
3607         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3608                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3609                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3610                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3611                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3612                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3613                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3614                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3615                 if (db_pager_quit)
3616                         return;
3617         }
3618 }
3619 #endif  /* DDB */