sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2019 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/sleepqueue.h>
  79 #include <sys/smp.h>
  80 #include <sys/smr.h>
  81 #include <sys/taskqueue.h>
  82 #include <sys/vmmeter.h>
  83
  84 #include <vm/vm.h>
  85 #include <vm/vm_param.h>
  86 #include <vm/vm_domainset.h>
  87 #include <vm/vm_object.h>
  88 #include <vm/vm_page.h>
  89 #include <vm/vm_pageout.h>
  90 #include <vm/vm_phys.h>
  91 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  92 #include <vm/vm_map.h>
  93 #include <vm/vm_kern.h>
  94 #include <vm/vm_extern.h>
  95 #include <vm/vm_dumpset.h>
  96 #include <vm/uma.h>
  97 #include <vm/uma_int.h>
  98 #include <vm/uma_dbg.h>
  99
 100 #include <ddb/ddb.h>
 101
 102 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 103 #include <vm/memguard.h>
 104 #endif
 105
 106 #include <machine/md_var.h>
 107
 108 #ifdef INVARIANTS
 109 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     1
 110 #else
 111 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     0
 112 #endif
 113
 114 /*
 115  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 116  */
 117 static uma_zone_t kegs;
 118 static uma_zone_t zones;
 119
 120 /*
 121  * On INVARIANTS builds, the slab contains a second bitset of the same size,
 122  * "dbg_bits", which is laid out immediately after us_free.
 123  */
 124 #ifdef INVARIANTS
 125 #define SLAB_BITSETS    2
 126 #else
 127 #define SLAB_BITSETS    1
 128 #endif
 129
 130 /*
 131  * These are the two zones from which all offpage uma_slab_ts are allocated.
 132  *
 133  * One zone is for slab headers that can represent a larger number of items,
 134  * making the slabs themselves more efficient, and the other zone is for
 135  * headers that are smaller and represent fewer items, making the headers more
 136  * efficient.
 137  */
 138 #define SLABZONE_SIZE(setsize)                                  \
 139     (sizeof(struct uma_hash_slab) + BITSET_SIZE(setsize) * SLAB_BITSETS)
 140 #define SLABZONE0_SETSIZE       (PAGE_SIZE / 16)
 141 #define SLABZONE1_SETSIZE       SLAB_MAX_SETSIZE
 142 #define SLABZONE0_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE0_SETSIZE)
 143 #define SLABZONE1_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE1_SETSIZE)
 144 static uma_zone_t slabzones[2];
 145
 146 /*
 147  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 148  * prior to malloc coming up.
 149  */
 150 static uma_zone_t hashzone;
 151
 152 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 153 int uma_align_cache = 64 - 1;
 154
 155 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 156 static MALLOC_DEFINE(M_UMA, "UMA", "UMA Misc");
 157
 158 /*
 159  * Are we allowed to allocate buckets?
 160  */
 161 static int bucketdisable = 1;
 162
 163 /* Linked list of all kegs in the system */
 164 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 165
 166 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 167 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 168     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 169
 170 /* This RW lock protects the keg list */
 171 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 172
 173 /*
 174  * First available virual address for boot time allocations.
 175  */
 176 static vm_offset_t bootstart;
 177 static vm_offset_t bootmem;
 178
 179 static struct sx uma_reclaim_lock;
 180
 181 /*
 182  * kmem soft limit, initialized by uma_set_limit().  Ensure that early
 183  * allocations don't trigger a wakeup of the reclaim thread.
 184  */
 185 unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 186 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_limit, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_limit, 0,
 187     "UMA kernel memory soft limit");
 188 unsigned long uma_kmem_total;
 189 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_total, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_total, 0,
 190     "UMA kernel memory usage");
 191
 192 /* Is the VM done starting up? */
 193 static enum {
 194         BOOT_COLD,
 195         BOOT_KVA,
 196         BOOT_PCPU,
 197         BOOT_RUNNING,
 198         BOOT_SHUTDOWN,
 199 } booted = BOOT_COLD;
 200
 201 /*
 202  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 203  * outside of the allocation fast path.
 204  */
 205 static struct callout uma_callout;
 206 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 207
 208 /*
 209  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 210  * a special allocation function just for zones.
 211  */
 212 struct uma_zctor_args {
 213         const char *name;
 214         size_t size;
 215         uma_ctor ctor;
 216         uma_dtor dtor;
 217         uma_init uminit;
 218         uma_fini fini;
 219         uma_import import;
 220         uma_release release;
 221         void *arg;
 222         uma_keg_t keg;
 223         int align;
 224         uint32_t flags;
 225 };
 226
 227 struct uma_kctor_args {
 228         uma_zone_t zone;
 229         size_t size;
 230         uma_init uminit;
 231         uma_fini fini;
 232         int align;
 233         uint32_t flags;
 234 };
 235
 236 struct uma_bucket_zone {
 237         uma_zone_t      ubz_zone;
 238         const char      *ubz_name;
 239         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 240         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 241 };
 242
 243 /*
 244  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 245  * of two sizes for more efficient space utilization.
 246  */
 247 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 248     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 249
 250 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 251
 252 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 253         /* Literal bucket sizes. */
 254         { NULL, "2 Bucket", 2, 4096 },
 255         { NULL, "4 Bucket", 4, 3072 },
 256         { NULL, "8 Bucket", 8, 2048 },
 257         { NULL, "16 Bucket", 16, 1024 },
 258         /* Rounded down power of 2 sizes for efficiency. */
 259         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 260         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 261         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 262         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 263         { NULL, NULL, 0}
 264 };
 265
 266 /*
 267  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 268  */
 269 enum zfreeskip {
 270         SKIP_NONE =     0,
 271         SKIP_CNT =      0x00000001,
 272         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 273         SKIP_FINI =     0x00020000,
 274 };
 275
 276 /* Prototypes.. */
 277
 278 void    uma_startup1(vm_offset_t);
 279 void    uma_startup2(void);
 280
 281 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 282 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 283 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 284 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 285 static void *contig_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 286 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 287 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 288 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 289 static void cache_drain(uma_zone_t);
 290 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 291 static void bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool);
 292 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 293 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 294 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 295 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 296 static inline void item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size,
 297     void *udata, enum zfreeskip skip);
 298 static int zero_init(void *, int, int);
 299 static void zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 300     int itemdomain, bool ws);
 301 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 302 static void zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 303 static void zone_timeout(uma_zone_t zone, void *);
 304 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
 305 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 306 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 307 static void uma_timeout(void *);
 308 static void uma_shutdown(void);
 309 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 310 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 311 static int zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags);
 312 static void zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count);
 313 static void bucket_enable(void);
 314 static void bucket_init(void);
 315 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 316 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 317 static void bucket_zone_drain(void);
 318 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 319 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 320 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 321 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 322     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 323 static int zone_import(void *, void **, int, int, int);
 324 static void zone_release(void *, void **, int);
 325 static bool cache_alloc(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, int);
 326 static bool cache_free(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, void *, int);
 327
 328 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 329 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 330 static int sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 331 static int sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 332 static int sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 333 static int sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 334 static int sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 335
 336 static uint64_t uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone);
 337
 338 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 339     "Memory allocation debugging");
 340
 341 #ifdef INVARIANTS
 342 static uint64_t uma_keg_get_allocs(uma_keg_t zone);
 343 static inline struct noslabbits *slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg);
 344
 345 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 346 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 347 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 348 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 349
 350 static u_int dbg_divisor = 1;
 351 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 352     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 353     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 354
 355 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 356 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 357 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 358     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 359 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 360     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 361 #endif
 362
 363 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, uma, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 364     "Universal Memory Allocator");
 365
 366 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_INT,
 367     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 368
 369 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_STRUCT,
 370     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 371
 372 static int zone_warnings = 1;
 373 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 374     "Warn when UMA zones becomes full");
 375
 376 static int multipage_slabs = 1;
 377 TUNABLE_INT("vm.debug.uma_multipage_slabs", &multipage_slabs);
 378 SYSCTL_INT(_vm_debug, OID_AUTO, uma_multipage_slabs,
 379     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &multipage_slabs, 0,
 380     "UMA may choose larger slab sizes for better efficiency");
 381
 382 /*
 383  * Select the slab zone for an offpage slab with the given maximum item count.
 384  */
 385 static inline uma_zone_t
 386 slabzone(int ipers)
 387 {
 388
 389         return (slabzones[ipers > SLABZONE0_SETSIZE]);
 390 }
 391
 392 /*
 393  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 394  */
 395 static void
 396 bucket_enable(void)
 397 {
 398
 399         KASSERT(booted >= BOOT_KVA, ("Bucket enable before init"));
 400         bucketdisable = vm_page_count_min();
 401 }
 402
 403 /*
 404  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 405  *
 406  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 407  * of the header and an array of pointers.
 408  */
 409 static void
 410 bucket_init(void)
 411 {
 412         struct uma_bucket_zone *ubz;
 413         int size;
 414
 415         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 416                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 417                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 418                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 419                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 420                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET |
 421                     UMA_ZONE_FIRSTTOUCH);
 422         }
 423 }
 424
 425 /*
 426  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 427  * to allocate the bucket.
 428  */
 429 static struct uma_bucket_zone *
 430 bucket_zone_lookup(int entries)
 431 {
 432         struct uma_bucket_zone *ubz;
 433
 434         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 435                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 436                         return (ubz);
 437         ubz--;
 438         return (ubz);
 439 }
 440
 441 static int
 442 bucket_select(int size)
 443 {
 444         struct uma_bucket_zone *ubz;
 445
 446         ubz = &bucket_zones[0];
 447         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 448                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 449
 450         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 451                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 452                         break;
 453         ubz--;
 454         return (ubz->ubz_entries);
 455 }
 456
 457 static uma_bucket_t
 458 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 459 {
 460         struct uma_bucket_zone *ubz;
 461         uma_bucket_t bucket;
 462
 463         /*
 464          * Don't allocate buckets early in boot.
 465          */
 466         if (__predict_false(booted < BOOT_KVA))
 467                 return (NULL);
 468
 469         /*
 470          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 471          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 472          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 473          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 474          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 475          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 476          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 477          * free path.
 478          */
 479         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 480                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 481         else {
 482                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 483                         return (NULL);
 484                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 485         }
 486         if (((uintptr_t)udata & UMA_ZONE_VM) != 0)
 487                 flags |= M_NOVM;
 488         ubz = bucket_zone_lookup(atomic_load_16(&zone->uz_bucket_size));
 489         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 490                 ubz++;
 491         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 492         if (bucket) {
 493 #ifdef INVARIANTS
 494                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 495 #endif
 496                 bucket->ub_cnt = 0;
 497                 bucket->ub_entries = min(ubz->ubz_entries,
 498                     zone->uz_bucket_size_max);
 499                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 500                 CTR3(KTR_UMA, "bucket_alloc: zone %s(%p) allocated bucket %p",
 501                     zone->uz_name, zone, bucket);
 502         }
 503
 504         return (bucket);
 505 }
 506
 507 static void
 508 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 509 {
 510         struct uma_bucket_zone *ubz;
 511
 512         if (bucket->ub_cnt != 0)
 513                 bucket_drain(zone, bucket);
 514
 515         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 516             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 517         KASSERT(bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID,
 518             ("bucket_free: Freeing an SMR bucket."));
 519         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 520                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 521         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 522         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 523 }
 524
 525 static void
 526 bucket_zone_drain(void)
 527 {
 528         struct uma_bucket_zone *ubz;
 529
 530         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 531                 uma_zone_reclaim(ubz->ubz_zone, UMA_RECLAIM_DRAIN);
 532 }
 533
 534 /*
 535  * Acquire the domain lock and record contention.
 536  */
 537 static uma_zone_domain_t
 538 zone_domain_lock(uma_zone_t zone, int domain)
 539 {
 540         uma_zone_domain_t zdom;
 541         bool lockfail;
 542
 543         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
 544         lockfail = false;
 545         if (ZDOM_OWNED(zdom))
 546                 lockfail = true;
 547         ZDOM_LOCK(zdom);
 548         /* This is unsynchronized.  The counter does not need to be precise. */
 549         if (lockfail && zone->uz_bucket_size < zone->uz_bucket_size_max)
 550                 zone->uz_bucket_size++;
 551         return (zdom);
 552 }
 553
 554 /*
 555  * Search for the domain with the least cached items and return it if it
 556  * is out of balance with the preferred domain.
 557  */
 558 static __noinline int
 559 zone_domain_lowest(uma_zone_t zone, int pref)
 560 {
 561         long least, nitems, prefitems;
 562         int domain;
 563         int i;
 564
 565         prefitems = least = LONG_MAX;
 566         domain = 0;
 567         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 568                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 569                 if (nitems < least) {
 570                         domain = i;
 571                         least = nitems;
 572                 }
 573                 if (domain == pref)
 574                         prefitems = nitems;
 575         }
 576         if (prefitems < least * 2)
 577                 return (pref);
 578
 579         return (domain);
 580 }
 581
 582 /*
 583  * Search for the domain with the most cached items and return it or the
 584  * preferred domain if it has enough to proceed.
 585  */
 586 static __noinline int
 587 zone_domain_highest(uma_zone_t zone, int pref)
 588 {
 589         long most, nitems;
 590         int domain;
 591         int i;
 592
 593         if (ZDOM_GET(zone, pref)->uzd_nitems > BUCKET_MAX)
 594                 return (pref);
 595
 596         most = 0;
 597         domain = 0;
 598         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 599                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 600                 if (nitems > most) {
 601                         domain = i;
 602                         most = nitems;
 603                 }
 604         }
 605
 606         return (domain);
 607 }
 608
 609 /*
 610  * Safely subtract cnt from imax.
 611  */
 612 static void
 613 zone_domain_imax_sub(uma_zone_domain_t zdom, int cnt)
 614 {
 615         long new;
 616         long old;
 617
 618         old = zdom->uzd_imax;
 619         do {
 620                 if (old <= cnt)
 621                         new = 0;
 622                 else
 623                         new = old - cnt;
 624         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, new) == 0);
 625 }
 626
 627 /*
 628  * Set the maximum imax value.
 629  */
 630 static void
 631 zone_domain_imax_set(uma_zone_domain_t zdom, int nitems)
 632 {
 633         long old;
 634
 635         old = zdom->uzd_imax;
 636         do {
 637                 if (old >= nitems)
 638                         break;
 639         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, nitems) == 0);
 640 }
 641
 642 /*
 643  * Attempt to satisfy an allocation by retrieving a full bucket from one of the
 644  * zone's caches.  If a bucket is found the zone is not locked on return.
 645  */
 646 static uma_bucket_t
 647 zone_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, bool reclaim)
 648 {
 649         uma_bucket_t bucket;
 650         int i;
 651         bool dtor = false;
 652
 653         ZDOM_LOCK_ASSERT(zdom);
 654
 655         if ((bucket = STAILQ_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) == NULL)
 656                 return (NULL);
 657
 658         /* SMR Buckets can not be re-used until readers expire. */
 659         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
 660             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
 661                 if (!smr_poll(zone->uz_smr, bucket->ub_seq, false))
 662                         return (NULL);
 663                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 664                 dtor = (zone->uz_dtor != NULL) || UMA_ALWAYS_CTORDTOR;
 665                 if (STAILQ_NEXT(bucket, ub_link) != NULL)
 666                         zdom->uzd_seq = STAILQ_NEXT(bucket, ub_link)->ub_seq;
 667         }
 668         STAILQ_REMOVE_HEAD(&zdom->uzd_buckets, ub_link);
 669
 670         KASSERT(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt,
 671             ("%s: item count underflow (%ld, %d)",
 672             __func__, zdom->uzd_nitems, bucket->ub_cnt));
 673         KASSERT(bucket->ub_cnt > 0,
 674             ("%s: empty bucket in bucket cache", __func__));
 675         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 676
 677         /*
 678          * Shift the bounds of the current WSS interval to avoid
 679          * perturbing the estimate.
 680          */
 681         if (reclaim) {
 682                 zdom->uzd_imin -= lmin(zdom->uzd_imin, bucket->ub_cnt);
 683                 zone_domain_imax_sub(zdom, bucket->ub_cnt);
 684         } else if (zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 685                 zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 686
 687         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 688         if (dtor)
 689                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 690                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
 691                             NULL, SKIP_NONE);
 692
 693         return (bucket);
 694 }
 695
 696 /*
 697  * Insert a full bucket into the specified cache.  The "ws" parameter indicates
 698  * whether the bucket's contents should be counted as part of the zone's working
 699  * set.  The bucket may be freed if it exceeds the bucket limit.
 700  */
 701 static void
 702 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, int domain, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 703     const bool ws)
 704 {
 705         uma_zone_domain_t zdom;
 706
 707         /* We don't cache empty buckets.  This can happen after a reclaim. */
 708         if (bucket->ub_cnt == 0)
 709                 goto out;
 710         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
 711
 712         /*
 713          * Conditionally set the maximum number of items.
 714          */
 715         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 716         if (__predict_true(zdom->uzd_nitems < zone->uz_bucket_max)) {
 717                 if (ws)
 718                         zone_domain_imax_set(zdom, zdom->uzd_nitems);
 719                 if (STAILQ_EMPTY(&zdom->uzd_buckets))
 720                         zdom->uzd_seq = bucket->ub_seq;
 721
 722                 /*
 723                  * Try to promote reuse of recently used items.  For items
 724                  * protected by SMR, try to defer reuse to minimize polling.
 725                  */
 726                 if (bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID)
 727                         STAILQ_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 728                 else
 729                         STAILQ_INSERT_TAIL(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 730                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
 731                 return;
 732         }
 733         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 734         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 735 out:
 736         bucket_free(zone, bucket, udata);
 737 }
 738
 739 /* Pops an item out of a per-cpu cache bucket. */
 740 static inline void *
 741 cache_bucket_pop(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket)
 742 {
 743         void *item;
 744
 745         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 746
 747         bucket->ucb_cnt--;
 748         item = bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt];
 749 #ifdef INVARIANTS
 750         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = NULL;
 751         KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
 752 #endif
 753         cache->uc_allocs++;
 754
 755         return (item);
 756 }
 757
 758 /* Pushes an item into a per-cpu cache bucket. */
 759 static inline void
 760 cache_bucket_push(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket, void *item)
 761 {
 762
 763         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 764         KASSERT(bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] == NULL,
 765             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
 766
 767         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = item;
 768         bucket->ucb_cnt++;
 769         cache->uc_frees++;
 770 }
 771
 772 /*
 773  * Unload a UMA bucket from a per-cpu cache.
 774  */
 775 static inline uma_bucket_t
 776 cache_bucket_unload(uma_cache_bucket_t bucket)
 777 {
 778         uma_bucket_t b;
 779
 780         b = bucket->ucb_bucket;
 781         if (b != NULL) {
 782                 MPASS(b->ub_entries == bucket->ucb_entries);
 783                 b->ub_cnt = bucket->ucb_cnt;
 784                 bucket->ucb_bucket = NULL;
 785                 bucket->ucb_entries = bucket->ucb_cnt = 0;
 786         }
 787
 788         return (b);
 789 }
 790
 791 static inline uma_bucket_t
 792 cache_bucket_unload_alloc(uma_cache_t cache)
 793 {
 794
 795         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_allocbucket));
 796 }
 797
 798 static inline uma_bucket_t
 799 cache_bucket_unload_free(uma_cache_t cache)
 800 {
 801
 802         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_freebucket));
 803 }
 804
 805 static inline uma_bucket_t
 806 cache_bucket_unload_cross(uma_cache_t cache)
 807 {
 808
 809         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_crossbucket));
 810 }
 811
 812 /*
 813  * Load a bucket into a per-cpu cache bucket.
 814  */
 815 static inline void
 816 cache_bucket_load(uma_cache_bucket_t bucket, uma_bucket_t b)
 817 {
 818
 819         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 820         MPASS(bucket->ucb_bucket == NULL);
 821         MPASS(b->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID);
 822
 823         bucket->ucb_bucket = b;
 824         bucket->ucb_cnt = b->ub_cnt;
 825         bucket->ucb_entries = b->ub_entries;
 826 }
 827
 828 static inline void
 829 cache_bucket_load_alloc(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 830 {
 831
 832         cache_bucket_load(&cache->uc_allocbucket, b);
 833 }
 834
 835 static inline void
 836 cache_bucket_load_free(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 837 {
 838
 839         cache_bucket_load(&cache->uc_freebucket, b);
 840 }
 841
 842 #ifdef NUMA
 843 static inline void
 844 cache_bucket_load_cross(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 845 {
 846
 847         cache_bucket_load(&cache->uc_crossbucket, b);
 848 }
 849 #endif
 850
 851 /*
 852  * Copy and preserve ucb_spare.
 853  */
 854 static inline void
 855 cache_bucket_copy(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
 856 {
 857
 858         b1->ucb_bucket = b2->ucb_bucket;
 859         b1->ucb_entries = b2->ucb_entries;
 860         b1->ucb_cnt = b2->ucb_cnt;
 861 }
 862
 863 /*
 864  * Swap two cache buckets.
 865  */
 866 static inline void
 867 cache_bucket_swap(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
 868 {
 869         struct uma_cache_bucket b3;
 870
 871         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 872
 873         cache_bucket_copy(&b3, b1);
 874         cache_bucket_copy(b1, b2);
 875         cache_bucket_copy(b2, &b3);
 876 }
 877
 878 /*
 879  * Attempt to fetch a bucket from a zone on behalf of the current cpu cache.
 880  */
 881 static uma_bucket_t
 882 cache_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, int domain)
 883 {
 884         uma_zone_domain_t zdom;
 885         uma_bucket_t bucket;
 886
 887         /*
 888          * Avoid the lock if possible.
 889          */
 890         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
 891         if (zdom->uzd_nitems == 0)
 892                 return (NULL);
 893
 894         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
 895             !smr_poll(zone->uz_smr, zdom->uzd_seq, false))
 896                 return (NULL);
 897
 898         /*
 899          * Check the zone's cache of buckets.
 900          */
 901         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
 902         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL)
 903                 return (bucket);
 904         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 905
 906         return (NULL);
 907 }
 908
 909 static void
 910 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 911 {
 912         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 913
 914         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 915                 return;
 916
 917         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 918                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 919 }
 920
 921 static inline void
 922 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 923 {
 924
 925         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 926                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 927 }
 928
 929 /*
 930  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 931  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 932  *
 933  * Arguments:
 934  *      arg   Unused
 935  *
 936  * Returns:
 937  *      Nothing
 938  */
 939 static void
 940 uma_timeout(void *unused)
 941 {
 942         bucket_enable();
 943         zone_foreach(zone_timeout, NULL);
 944
 945         /* Reschedule this event */
 946         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 947 }
 948
 949 /*
 950  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 951  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 952  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 953  * last 100s.
 954  */
 955 static void
 956 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 957 {
 958         long wss;
 959
 960         ZDOM_LOCK(zdom);
 961         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 962         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 963         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 964         zdom->uzd_wss = (4 * wss + zdom->uzd_wss) / 5;
 965         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 966 }
 967
 968 /*
 969  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 970  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 971  *
 972  *  Returns nothing.
 973  */
 974 static void
 975 zone_timeout(uma_zone_t zone, void *unused)
 976 {
 977         uma_keg_t keg;
 978         u_int slabs, pages;
 979
 980         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
 981                 goto update_wss;
 982
 983         keg = zone->uz_keg;
 984
 985         /*
 986          * Hash zones are non-numa by definition so the first domain
 987          * is the only one present.
 988          */
 989         KEG_LOCK(keg, 0);
 990         pages = keg->uk_domain[0].ud_pages;
 991
 992         /*
 993          * Expand the keg hash table.
 994          *
 995          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 996          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 997          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 998          */
 999         if ((slabs = pages / keg->uk_ppera) > keg->uk_hash.uh_hashsize) {
1000                 struct uma_hash newhash;
1001                 struct uma_hash oldhash;
1002                 int ret;
1003
1004                 /*
1005                  * This is so involved because allocating and freeing
1006                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
1007                  * I have to do everything in stages and check for
1008                  * races.
1009                  */
1010                 KEG_UNLOCK(keg, 0);
1011                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
1012                 KEG_LOCK(keg, 0);
1013                 if (ret) {
1014                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
1015                                 oldhash = keg->uk_hash;
1016                                 keg->uk_hash = newhash;
1017                         } else
1018                                 oldhash = newhash;
1019
1020                         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1021                         hash_free(&oldhash);
1022                         goto update_wss;
1023                 }
1024         }
1025         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1026
1027 update_wss:
1028         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1029                 zone_domain_update_wss(ZDOM_GET(zone, i));
1030 }
1031
1032 /*
1033  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
1034  * backing store.
1035  *
1036  * Arguments:
1037  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
1038  *
1039  * Returns:
1040  *      1 on success and 0 on failure.
1041  */
1042 static int
1043 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
1044 {
1045         size_t alloc;
1046
1047         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
1048         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
1049                 hash->uh_hashsize = size;
1050                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
1051                 hash->uh_slab_hash = malloc(alloc, M_UMAHASH, M_NOWAIT);
1052         } else {
1053                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
1054                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
1055                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
1056                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
1057         }
1058         if (hash->uh_slab_hash) {
1059                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
1060                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
1061                 return (1);
1062         }
1063
1064         return (0);
1065 }
1066
1067 /*
1068  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
1069  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
1070  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
1071  *
1072  * Arguments:
1073  *      oldhash  The hash you want to expand
1074  *      newhash  The hash structure for the new table
1075  *
1076  * Returns:
1077  *      Nothing
1078  *
1079  * Discussion:
1080  */
1081 static int
1082 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
1083 {
1084         uma_hash_slab_t slab;
1085         u_int hval;
1086         u_int idx;
1087
1088         if (!newhash->uh_slab_hash)
1089                 return (0);
1090
1091         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
1092                 return (0);
1093
1094         /*
1095          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
1096          * full rehash.
1097          */
1098
1099         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
1100                 while (!LIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
1101                         slab = LIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
1102                         LIST_REMOVE(slab, uhs_hlink);
1103                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->uhs_data);
1104                         LIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
1105                             slab, uhs_hlink);
1106                 }
1107
1108         return (1);
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
1113  *
1114  * Arguments:
1115  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
1116  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
1117  *
1118  * Returns:
1119  *      Nothing
1120  */
1121 static void
1122 hash_free(struct uma_hash *hash)
1123 {
1124         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
1125                 return;
1126         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
1127                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
1128         else
1129                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
1130 }
1131
1132 /*
1133  * Frees all outstanding items in a bucket
1134  *
1135  * Arguments:
1136  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
1137  *      bucket The free/alloc bucket with items.
1138  *
1139  * Returns:
1140  *      Nothing
1141  */
1142 static void
1143 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
1144 {
1145         int i;
1146
1147         if (bucket->ub_cnt == 0)
1148                 return;
1149
1150         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
1151             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
1152                 smr_wait(zone->uz_smr, bucket->ub_seq);
1153                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
1154                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1155                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i],
1156                             zone->uz_size, NULL, SKIP_NONE);
1157         }
1158         if (zone->uz_fini)
1159                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1160                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
1161         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
1162         if (zone->uz_max_items > 0)
1163                 zone_free_limit(zone, bucket->ub_cnt);
1164 #ifdef INVARIANTS
1165         bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * bucket->ub_cnt);
1166 #endif
1167         bucket->ub_cnt = 0;
1168 }
1169
1170 /*
1171  * Drains the per cpu caches for a zone.
1172  *
1173  * NOTE: This may only be called while the zone is being torn down, and not
1174  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
1175  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
1176  *
1177  * Arguments:
1178  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
1179  *
1180  * Returns:
1181  *      Nothing
1182  */
1183 static void
1184 cache_drain(uma_zone_t zone)
1185 {
1186         uma_cache_t cache;
1187         uma_bucket_t bucket;
1188         smr_seq_t seq;
1189         int cpu;
1190
1191         /*
1192          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
1193          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
1194          * of the caches at this point.
1195          *
1196          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
1197          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
1198          */
1199         seq = SMR_SEQ_INVALID;
1200         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
1201                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
1202         CPU_FOREACH(cpu) {
1203                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1204                 bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1205                 if (bucket != NULL)
1206                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1207                 bucket = cache_bucket_unload_free(cache);
1208                 if (bucket != NULL) {
1209                         bucket->ub_seq = seq;
1210                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1211                 }
1212                 bucket = cache_bucket_unload_cross(cache);
1213                 if (bucket != NULL) {
1214                         bucket->ub_seq = seq;
1215                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1216                 }
1217         }
1218         bucket_cache_reclaim(zone, true);
1219 }
1220
1221 static void
1222 cache_shrink(uma_zone_t zone, void *unused)
1223 {
1224
1225         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1226                 return;
1227
1228         zone->uz_bucket_size =
1229             (zone->uz_bucket_size_min + zone->uz_bucket_size) / 2;
1230 }
1231
1232 static void
1233 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone, void *unused)
1234 {
1235         uma_cache_t cache;
1236         uma_bucket_t b1, b2, b3;
1237         int domain;
1238
1239         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1240                 return;
1241
1242         b1 = b2 = b3 = NULL;
1243         critical_enter();
1244         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
1245         domain = PCPU_GET(domain);
1246         b1 = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1247
1248         /*
1249          * Don't flush SMR zone buckets.  This leaves the zone without a
1250          * bucket and forces every free to synchronize().
1251          */
1252         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0) {
1253                 b2 = cache_bucket_unload_free(cache);
1254                 b3 = cache_bucket_unload_cross(cache);
1255         }
1256         critical_exit();
1257
1258         if (b1 != NULL)
1259                 zone_free_bucket(zone, b1, NULL, domain, false);
1260         if (b2 != NULL)
1261                 zone_free_bucket(zone, b2, NULL, domain, false);
1262         if (b3 != NULL) {
1263                 /* Adjust the domain so it goes to zone_free_cross. */
1264                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
1265                 zone_free_bucket(zone, b3, NULL, domain, false);
1266         }
1267 }
1268
1269 /*
1270  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
1271  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
1272  * one by one and enter a critical section on each of them in order
1273  * to safely access their cache buckets.
1274  * Zone lock must not be held on call this function.
1275  */
1276 static void
1277 pcpu_cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
1278 {
1279         int cpu;
1280
1281         /*
1282          * Polite bucket sizes shrinking was not enough, shrink aggressively.
1283          */
1284         if (zone)
1285                 cache_shrink(zone, NULL);
1286         else
1287                 zone_foreach(cache_shrink, NULL);
1288
1289         CPU_FOREACH(cpu) {
1290                 thread_lock(curthread);
1291                 sched_bind(curthread, cpu);
1292                 thread_unlock(curthread);
1293
1294                 if (zone)
1295                         cache_drain_safe_cpu(zone, NULL);
1296                 else
1297                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu, NULL);
1298         }
1299         thread_lock(curthread);
1300         sched_unbind(curthread);
1301         thread_unlock(curthread);
1302 }
1303
1304 /*
1305  * Reclaim cached buckets from a zone.  All buckets are reclaimed if the caller
1306  * requested a drain, otherwise the per-domain caches are trimmed to either
1307  * estimated working set size.
1308  */
1309 static void
1310 bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool drain)
1311 {
1312         uma_zone_domain_t zdom;
1313         uma_bucket_t bucket;
1314         long target;
1315         int i;
1316
1317         /*
1318          * Shrink the zone bucket size to ensure that the per-CPU caches
1319          * don't grow too large.
1320          */
1321         if (zone->uz_bucket_size > zone->uz_bucket_size_min)
1322                 zone->uz_bucket_size--;
1323
1324         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
1325                 /*
1326                  * The cross bucket is partially filled and not part of
1327                  * the item count.  Reclaim it individually here.
1328                  */
1329                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
1330                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 || drain) {
1331                         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
1332                         bucket = zdom->uzd_cross;
1333                         zdom->uzd_cross = NULL;
1334                         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
1335                         if (bucket != NULL)
1336                                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
1337                 }
1338
1339                 /*
1340                  * If we were asked to drain the zone, we are done only once
1341                  * this bucket cache is empty.  Otherwise, we reclaim items in
1342                  * excess of the zone's estimated working set size.  If the
1343                  * difference nitems - imin is larger than the WSS estimate,
1344                  * then the estimate will grow at the end of this interval and
1345                  * we ignore the historical average.
1346                  */
1347                 ZDOM_LOCK(zdom);
1348                 target = drain ? 0 : lmax(zdom->uzd_wss, zdom->uzd_nitems -
1349                     zdom->uzd_imin);
1350                 while (zdom->uzd_nitems > target) {
1351                         bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, true);
1352                         if (bucket == NULL)
1353                                 break;
1354                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1355                         ZDOM_LOCK(zdom);
1356                 }
1357                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
1358         }
1359 }
1360
1361 static void
1362 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
1363 {
1364         uint8_t *mem;
1365         int i;
1366         uint8_t flags;
1367
1368         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
1369             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1370
1371         mem = slab_data(slab, keg);
1372         flags = slab->us_flags;
1373         i = start;
1374         if (keg->uk_fini != NULL) {
1375                 for (i--; i > -1; i--)
1376 #ifdef INVARIANTS
1377                 /*
1378                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
1379                  * would check that memory hasn't been modified since free,
1380                  * which executed trash_dtor.
1381                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
1382                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
1383                  * invocations.
1384                  */
1385                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab_item(slab, keg, i)) ||
1386                     keg->uk_fini != trash_fini)
1387 #endif
1388                         keg->uk_fini(slab_item(slab, keg, i), keg->uk_size);
1389         }
1390         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1391                 zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers), slab_tohashslab(slab),
1392                     NULL, SKIP_NONE);
1393         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
1394         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1395 }
1396
1397 static void
1398 keg_drain_domain(uma_keg_t keg, int domain)
1399 {
1400         struct slabhead freeslabs;
1401         uma_domain_t dom;
1402         uma_slab_t slab, tmp;
1403         uint32_t i, stofree, stokeep, partial;
1404
1405         dom = &keg->uk_domain[domain];
1406         LIST_INIT(&freeslabs);
1407
1408         CTR4(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) domain %d free items: %u",
1409             keg->uk_name, keg, domain, dom->ud_free_items);
1410
1411         KEG_LOCK(keg, domain);
1412
1413         /*
1414          * Are the free items in partially allocated slabs sufficient to meet
1415          * the reserve? If not, compute the number of fully free slabs that must
1416          * be kept.
1417          */
1418         partial = dom->ud_free_items - dom->ud_free_slabs * keg->uk_ipers;
1419         if (partial < keg->uk_reserve) {
1420                 stokeep = min(dom->ud_free_slabs,
1421                     howmany(keg->uk_reserve - partial, keg->uk_ipers));
1422         } else {
1423                 stokeep = 0;
1424         }
1425         stofree = dom->ud_free_slabs - stokeep;
1426
1427         /*
1428          * Partition the free slabs into two sets: those that must be kept in
1429          * order to maintain the reserve, and those that may be released back to
1430          * the system.  Since one set may be much larger than the other,
1431          * populate the smaller of the two sets and swap them if necessary.
1432          */
1433         for (i = min(stofree, stokeep); i > 0; i--) {
1434                 slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
1435                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
1436                 LIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_link);
1437         }
1438         if (stofree > stokeep)
1439                 LIST_SWAP(&freeslabs, &dom->ud_free_slab, uma_slab, us_link);
1440
1441         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0) {
1442                 LIST_FOREACH(slab, &freeslabs, us_link)
1443                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab);
1444         }
1445         dom->ud_free_items -= stofree * keg->uk_ipers;
1446         dom->ud_free_slabs -= stofree;
1447         dom->ud_pages -= stofree * keg->uk_ppera;
1448         KEG_UNLOCK(keg, domain);
1449
1450         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &freeslabs, us_link, tmp)
1451                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1452 }
1453
1454 /*
1455  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
1456  * the pageout daemon.
1457  *
1458  * Returns nothing.
1459  */
1460 static void
1461 keg_drain(uma_keg_t keg)
1462 {
1463         int i;
1464
1465         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE) != 0)
1466                 return;
1467         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1468                 keg_drain_domain(keg, i);
1469 }
1470
1471 static void
1472 zone_reclaim(uma_zone_t zone, int waitok, bool drain)
1473 {
1474
1475         /*
1476          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1477          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1478          * is the only call that knows the structure will still be available
1479          * when it wakes up.
1480          */
1481         ZONE_LOCK(zone);
1482         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_RECLAIMING) {
1483                 if (waitok == M_NOWAIT)
1484                         goto out;
1485                 msleep(zone, &ZDOM_GET(zone, 0)->uzd_lock, PVM, "zonedrain",
1486                     1);
1487         }
1488         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_RECLAIMING;
1489         ZONE_UNLOCK(zone);
1490         bucket_cache_reclaim(zone, drain);
1491
1492         /*
1493          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1494          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1495          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1496          */
1497         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0)
1498                 keg_drain(zone->uz_keg);
1499         ZONE_LOCK(zone);
1500         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_RECLAIMING;
1501         wakeup(zone);
1502 out:
1503         ZONE_UNLOCK(zone);
1504 }
1505
1506 static void
1507 zone_drain(uma_zone_t zone, void *unused)
1508 {
1509
1510         zone_reclaim(zone, M_NOWAIT, true);
1511 }
1512
1513 static void
1514 zone_trim(uma_zone_t zone, void *unused)
1515 {
1516
1517         zone_reclaim(zone, M_NOWAIT, false);
1518 }
1519
1520 /*
1521  * Allocate a new slab for a keg and inserts it into the partial slab list.
1522  * The keg should be unlocked on entry.  If the allocation succeeds it will
1523  * be locked on return.
1524  *
1525  * Arguments:
1526  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1527  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1528  *
1529  * Returns:
1530  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1531  *      caller specified M_NOWAIT.
1532  */
1533 static uma_slab_t
1534 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1535     int aflags)
1536 {
1537         uma_domain_t dom;
1538         uma_alloc allocf;
1539         uma_slab_t slab;
1540         unsigned long size;
1541         uint8_t *mem;
1542         uint8_t sflags;
1543         int i;
1544
1545         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1546             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1547
1548         allocf = keg->uk_allocf;
1549         slab = NULL;
1550         mem = NULL;
1551         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) {
1552                 uma_hash_slab_t hslab;
1553                 hslab = zone_alloc_item(slabzone(keg->uk_ipers), NULL,
1554                     domain, aflags);
1555                 if (hslab == NULL)
1556                         goto fail;
1557                 slab = &hslab->uhs_slab;
1558         }
1559
1560         /*
1561          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1562          * first time they are added to a zone.
1563          *
1564          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1565          */
1566
1567         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1568                 aflags |= M_ZERO;
1569         else
1570                 aflags &= ~M_ZERO;
1571
1572         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1573                 aflags |= M_NODUMP;
1574
1575         /* zone is passed for legacy reasons. */
1576         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1577         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1578         if (mem == NULL) {
1579                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1580                         zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers),
1581                             slab_tohashslab(slab), NULL, SKIP_NONE);
1582                 goto fail;
1583         }
1584         uma_total_inc(size);
1585
1586         /* For HASH zones all pages go to the same uma_domain. */
1587         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
1588                 domain = 0;
1589
1590         /* Point the slab into the allocated memory */
1591         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE))
1592                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1593         else
1594                 slab_tohashslab(slab)->uhs_data = mem;
1595
1596         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
1597                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1598                         vsetzoneslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
1599                             zone, slab);
1600
1601         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1602         slab->us_flags = sflags;
1603         slab->us_domain = domain;
1604
1605         BIT_FILL(keg->uk_ipers, &slab->us_free);
1606 #ifdef INVARIANTS
1607         BIT_ZERO(keg->uk_ipers, slab_dbg_bits(slab, keg));
1608 #endif
1609
1610         if (keg->uk_init != NULL) {
1611                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1612                         if (keg->uk_init(slab_item(slab, keg, i),
1613                             keg->uk_size, flags) != 0)
1614                                 break;
1615                 if (i != keg->uk_ipers) {
1616                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1617                         goto fail;
1618                 }
1619         }
1620         KEG_LOCK(keg, domain);
1621
1622         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1623             slab, keg->uk_name, keg);
1624
1625         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
1626                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1627
1628         /*
1629          * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
1630          * and return.  We assume that the caller is going to remove
1631          * at least one item.
1632          */
1633         dom = &keg->uk_domain[domain];
1634         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
1635         dom->ud_pages += keg->uk_ppera;
1636         dom->ud_free_items += keg->uk_ipers;
1637
1638         return (slab);
1639
1640 fail:
1641         return (NULL);
1642 }
1643
1644 /*
1645  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc().  It
1646  * performs contiguous physical memory allocations and uses a bump allocator for
1647  * KVA, so is usable before the kernel map is initialized.
1648  */
1649 static void *
1650 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1651     int wait)
1652 {
1653         vm_paddr_t pa;
1654         vm_page_t m;
1655         void *mem;
1656         int pages;
1657         int i;
1658
1659         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1660         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1661
1662         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1663         m = vm_page_alloc_contig_domain(NULL, 0, domain,
1664             malloc2vm_flags(wait) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED, pages,
1665             (vm_paddr_t)0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
1666         if (m == NULL)
1667                 return (NULL);
1668
1669         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1670         for (i = 0; i < pages; i++, pa += PAGE_SIZE) {
1671 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1672     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1673                 if ((wait & M_NODUMP) == 0)
1674                         dump_add_page(pa);
1675 #endif
1676         }
1677         /* Allocate KVA and indirectly advance bootmem. */
1678         mem = (void *)pmap_map(&bootmem, m->phys_addr,
1679             m->phys_addr + (pages * PAGE_SIZE), VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
1680         if ((wait & M_ZERO) != 0)
1681                 bzero(mem, pages * PAGE_SIZE);
1682
1683         return (mem);
1684 }
1685
1686 static void
1687 startup_free(void *mem, vm_size_t bytes)
1688 {
1689         vm_offset_t va;
1690         vm_page_t m;
1691
1692         va = (vm_offset_t)mem;
1693         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
1694
1695         /*
1696          * startup_alloc() returns direct-mapped slabs on some platforms.  Avoid
1697          * unmapping ranges of the direct map.
1698          */
1699         if (va >= bootstart && va + bytes <= bootmem)
1700                 pmap_remove(kernel_pmap, va, va + bytes);
1701         for (; bytes != 0; bytes -= PAGE_SIZE, m++) {
1702 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1703     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1704                 dump_drop_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1705 #endif
1706                 vm_page_unwire_noq(m);
1707                 vm_page_free(m);
1708         }
1709 }
1710
1711 /*
1712  * Allocates a number of pages from the system
1713  *
1714  * Arguments:
1715  *      bytes  The number of bytes requested
1716  *      wait  Shall we wait?
1717  *
1718  * Returns:
1719  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1720  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1721  */
1722 static void *
1723 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1724     int wait)
1725 {
1726         void *p;        /* Returned page */
1727
1728         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1729         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1730
1731         return (p);
1732 }
1733
1734 static void *
1735 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1736     int wait)
1737 {
1738         struct pglist alloctail;
1739         vm_offset_t addr, zkva;
1740         int cpu, flags;
1741         vm_page_t p, p_next;
1742 #ifdef NUMA
1743         struct pcpu *pc;
1744 #endif
1745
1746         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1747
1748         TAILQ_INIT(&alloctail);
1749         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1750             malloc2vm_flags(wait);
1751         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1752         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1753                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1754                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1755                 } else {
1756 #ifndef NUMA
1757                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1758 #else
1759                         pc = pcpu_find(cpu);
1760                         if (__predict_false(VM_DOMAIN_EMPTY(pc->pc_domain)))
1761                                 p = NULL;
1762                         else
1763                                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1764                                     pc->pc_domain, flags);
1765                         if (__predict_false(p == NULL))
1766                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1767 #endif
1768                 }
1769                 if (__predict_false(p == NULL))
1770                         goto fail;
1771                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1772         }
1773         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1774                 goto fail;
1775         zkva = addr;
1776         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1777                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1778                 zkva += PAGE_SIZE;
1779         }
1780         return ((void*)addr);
1781 fail:
1782         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1783                 vm_page_unwire_noq(p);
1784                 vm_page_free(p);
1785         }
1786         return (NULL);
1787 }
1788
1789 /*
1790  * Allocates a number of pages from within an object
1791  *
1792  * Arguments:
1793  *      bytes  The number of bytes requested
1794  *      wait   Shall we wait?
1795  *
1796  * Returns:
1797  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1798  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1799  */
1800 static void *
1801 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1802     int wait)
1803 {
1804         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1805         u_long npages;
1806         vm_offset_t retkva, zkva;
1807         vm_page_t p, p_next;
1808         uma_keg_t keg;
1809
1810         TAILQ_INIT(&alloctail);
1811         keg = zone->uz_keg;
1812
1813         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1814         while (npages > 0) {
1815                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1816                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1817                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1818                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1819                 if (p != NULL) {
1820                         /*
1821                          * Since the page does not belong to an object, its
1822                          * listq is unused.
1823                          */
1824                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1825                         npages--;
1826                         continue;
1827                 }
1828                 /*
1829                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1830                  * exit.
1831                  */
1832                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1833                         vm_page_unwire_noq(p);
1834                         vm_page_free(p);
1835                 }
1836                 return (NULL);
1837         }
1838         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1839         zkva = keg->uk_kva +
1840             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1841         retkva = zkva;
1842         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1843                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1844                 zkva += PAGE_SIZE;
1845         }
1846
1847         return ((void *)retkva);
1848 }
1849
1850 /*
1851  * Allocate physically contiguous pages.
1852  */
1853 static void *
1854 contig_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1855     int wait)
1856 {
1857
1858         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1859         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
1860             bytes, wait, 0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
1861 }
1862
1863 /*
1864  * Frees a number of pages to the system
1865  *
1866  * Arguments:
1867  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1868  *      size  The size of the memory being freed
1869  *      flags The original p->us_flags field
1870  *
1871  * Returns:
1872  *      Nothing
1873  */
1874 static void
1875 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1876 {
1877
1878         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1879                 startup_free(mem, size);
1880                 return;
1881         }
1882
1883         KASSERT((flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
1884             ("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags));
1885
1886         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1887 }
1888
1889 /*
1890  * Frees pcpu zone allocations
1891  *
1892  * Arguments:
1893  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1894  *      size  The size of the memory being freed
1895  *      flags The original p->us_flags field
1896  *
1897  * Returns:
1898  *      Nothing
1899  */
1900 static void
1901 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1902 {
1903         vm_offset_t sva, curva;
1904         vm_paddr_t paddr;
1905         vm_page_t m;
1906
1907         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1908
1909         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1910                 startup_free(mem, size);
1911                 return;
1912         }
1913
1914         sva = (vm_offset_t)mem;
1915         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1916                 paddr = pmap_kextract(curva);
1917                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1918                 vm_page_unwire_noq(m);
1919                 vm_page_free(m);
1920         }
1921         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1922         kva_free(sva, size);
1923 }
1924
1925 /*
1926  * Zero fill initializer
1927  *
1928  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1929  */
1930 static int
1931 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1932 {
1933         bzero(mem, size);
1934         return (0);
1935 }
1936
1937 #ifdef INVARIANTS
1938 static struct noslabbits *
1939 slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg)
1940 {
1941
1942         return ((void *)((char *)&slab->us_free + BITSET_SIZE(keg->uk_ipers)));
1943 }
1944 #endif
1945
1946 /*
1947  * Actual size of embedded struct slab (!OFFPAGE).
1948  */
1949 static size_t
1950 slab_sizeof(int nitems)
1951 {
1952         size_t s;
1953
1954         s = sizeof(struct uma_slab) + BITSET_SIZE(nitems) * SLAB_BITSETS;
1955         return (roundup(s, UMA_ALIGN_PTR + 1));
1956 }
1957
1958 #define UMA_FIXPT_SHIFT 31
1959 #define UMA_FRAC_FIXPT(n, d)                                            \
1960         ((uint32_t)(((uint64_t)(n) << UMA_FIXPT_SHIFT) / (d)))
1961 #define UMA_FIXPT_PCT(f)                                                \
1962         ((u_int)(((uint64_t)100 * (f)) >> UMA_FIXPT_SHIFT))
1963 #define UMA_PCT_FIXPT(pct)      UMA_FRAC_FIXPT((pct), 100)
1964 #define UMA_MIN_EFF     UMA_PCT_FIXPT(100 - UMA_MAX_WASTE)
1965
1966 /*
1967  * Compute the number of items that will fit in a slab.  If hdr is true, the
1968  * item count may be limited to provide space in the slab for an inline slab
1969  * header.  Otherwise, all slab space will be provided for item storage.
1970  */
1971 static u_int
1972 slab_ipers_hdr(u_int size, u_int rsize, u_int slabsize, bool hdr)
1973 {
1974         u_int ipers;
1975         u_int padpi;
1976
1977         /* The padding between items is not needed after the last item. */
1978         padpi = rsize - size;
1979
1980         if (hdr) {
1981                 /*
1982                  * Start with the maximum item count and remove items until
1983                  * the slab header first alongside the allocatable memory.
1984                  */
1985                 for (ipers = MIN(SLAB_MAX_SETSIZE,
1986                     (slabsize + padpi - slab_sizeof(1)) / rsize);
1987                     ipers > 0 &&
1988                     ipers * rsize - padpi + slab_sizeof(ipers) > slabsize;
1989                     ipers--)
1990                         continue;
1991         } else {
1992                 ipers = MIN((slabsize + padpi) / rsize, SLAB_MAX_SETSIZE);
1993         }
1994
1995         return (ipers);
1996 }
1997
1998 struct keg_layout_result {
1999         u_int format;
2000         u_int slabsize;
2001         u_int ipers;
2002         u_int eff;
2003 };
2004
2005 static void
2006 keg_layout_one(uma_keg_t keg, u_int rsize, u_int slabsize, u_int fmt,
2007     struct keg_layout_result *kl)
2008 {
2009         u_int total;
2010
2011         kl->format = fmt;
2012         kl->slabsize = slabsize;
2013
2014         /* Handle INTERNAL as inline with an extra page. */
2015         if ((fmt & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0) {
2016                 kl->format &= ~UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2017                 kl->slabsize += PAGE_SIZE;
2018         }
2019
2020         kl->ipers = slab_ipers_hdr(keg->uk_size, rsize, kl->slabsize,
2021             (fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) == 0);
2022
2023         /* Account for memory used by an offpage slab header. */
2024         total = kl->slabsize;
2025         if ((fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
2026                 total += slabzone(kl->ipers)->uz_keg->uk_rsize;
2027
2028         kl->eff = UMA_FRAC_FIXPT(kl->ipers * rsize, total);
2029 }
2030
2031 /*
2032  * Determine the format of a uma keg.  This determines where the slab header
2033  * will be placed (inline or offpage) and calculates ipers, rsize, and ppera.
2034  *
2035  * Arguments
2036  *      keg  The zone we should initialize
2037  *
2038  * Returns
2039  *      Nothing
2040  */
2041 static void
2042 keg_layout(uma_keg_t keg)
2043 {
2044         struct keg_layout_result kl = {}, kl_tmp;
2045         u_int fmts[2];
2046         u_int alignsize;
2047         u_int nfmt;
2048         u_int pages;
2049         u_int rsize;
2050         u_int slabsize;
2051         u_int i, j;
2052
2053         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
2054             (keg->uk_size <= UMA_PCPU_ALLOC_SIZE &&
2055              (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) == 0),
2056             ("%s: cannot configure for PCPU: keg=%s, size=%u, flags=0x%b",
2057              __func__, keg->uk_name, keg->uk_size, keg->uk_flags,
2058              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2059         KASSERT((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) == 0 ||
2060             (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0,
2061             ("%s: incompatible flags 0x%b", __func__, keg->uk_flags,
2062              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2063
2064         alignsize = keg->uk_align + 1;
2065
2066         /*
2067          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
2068          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
2069          * allocation bits for we round it up.
2070          */
2071         rsize = MAX(keg->uk_size, UMA_SMALLEST_UNIT);
2072         rsize = roundup2(rsize, alignsize);
2073
2074         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) != 0) {
2075                 /*
2076                  * We want one item to start on every align boundary in a page.
2077                  * To do this we will span pages.  We will also extend the item
2078                  * by the size of align if it is an even multiple of align.
2079                  * Otherwise, it would fall on the same boundary every time.
2080                  */
2081                 if ((rsize & alignsize) == 0)
2082                         rsize += alignsize;
2083                 slabsize = rsize * (PAGE_SIZE / alignsize);
2084                 slabsize = MIN(slabsize, rsize * SLAB_MAX_SETSIZE);
2085                 slabsize = MIN(slabsize, UMA_CACHESPREAD_MAX_SIZE);
2086                 slabsize = round_page(slabsize);
2087         } else {
2088                 /*
2089                  * Start with a slab size of as many pages as it takes to
2090                  * represent a single item.  We will try to fit as many
2091                  * additional items into the slab as possible.
2092                  */
2093                 slabsize = round_page(keg->uk_size);
2094         }
2095
2096         /* Build a list of all of the available formats for this keg. */
2097         nfmt = 0;
2098
2099         /* Evaluate an inline slab layout. */
2100         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0)
2101                 fmts[nfmt++] = 0;
2102
2103         /* TODO: vm_page-embedded slab. */
2104
2105         /*
2106          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
2107          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
2108          * may end up going to the VM for slabs which we do not want
2109          * to do if we're UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
2110          * In those cases, evaluate a pseudo-format called INTERNAL
2111          * which has an inline slab header and one extra page to
2112          * guarantee that it fits.
2113          *
2114          * Otherwise, see if using an OFFPAGE slab will improve our
2115          * efficiency.
2116          */
2117         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) != 0)
2118                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2119         else
2120                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_OFFPAGE;
2121
2122         /*
2123          * Choose a slab size and format which satisfy the minimum efficiency.
2124          * Prefer the smallest slab size that meets the constraints.
2125          *
2126          * Start with a minimum slab size, to accommodate CACHESPREAD.  Then,
2127          * for small items (up to PAGE_SIZE), the iteration increment is one
2128          * page; and for large items, the increment is one item.
2129          */
2130         i = (slabsize + rsize - keg->uk_size) / MAX(PAGE_SIZE, rsize);
2131         KASSERT(i >= 1, ("keg %s(%p) flags=0x%b slabsize=%u, rsize=%u, i=%u",
2132             keg->uk_name, keg, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, slabsize,
2133             rsize, i));
2134         for ( ; ; i++) {
2135                 slabsize = (rsize <= PAGE_SIZE) ? ptoa(i) :
2136                     round_page(rsize * (i - 1) + keg->uk_size);
2137
2138                 for (j = 0; j < nfmt; j++) {
2139                         /* Only if we have no viable format yet. */
2140                         if ((fmts[j] & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0 &&
2141                             kl.ipers > 0)
2142                                 continue;
2143
2144                         keg_layout_one(keg, rsize, slabsize, fmts[j], &kl_tmp);
2145                         if (kl_tmp.eff <= kl.eff)
2146                                 continue;
2147
2148                         kl = kl_tmp;
2149
2150                         CTR6(KTR_UMA, "keg %s layout: format %#x "
2151                             "(ipers %u * rsize %u) / slabsize %#x = %u%% eff",
2152                             keg->uk_name, kl.format, kl.ipers, rsize,
2153                             kl.slabsize, UMA_FIXPT_PCT(kl.eff));
2154
2155                         /* Stop when we reach the minimum efficiency. */
2156                         if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF)
2157                                 break;
2158                 }
2159
2160                 if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF || !multipage_slabs ||
2161                     slabsize >= SLAB_MAX_SETSIZE * rsize ||
2162                     (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_PCPU | UMA_ZONE_CONTIG)) != 0)
2163                         break;
2164         }
2165
2166         pages = atop(kl.slabsize);
2167         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
2168                 pages *= mp_maxid + 1;
2169
2170         keg->uk_rsize = rsize;
2171         keg->uk_ipers = kl.ipers;
2172         keg->uk_ppera = pages;
2173         keg->uk_flags |= kl.format;
2174
2175         /*
2176          * How do we find the slab header if it is offpage or if not all item
2177          * start addresses are in the same page?  We could solve the latter
2178          * case with vaddr alignment, but we don't.
2179          */
2180         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0 ||
2181             (keg->uk_ipers - 1) * rsize >= PAGE_SIZE) {
2182                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOTPAGE) != 0)
2183                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_HASH;
2184                 else
2185                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2186         }
2187
2188         CTR6(KTR_UMA, "%s: keg=%s, flags=%#x, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u",
2189             __func__, keg->uk_name, keg->uk_flags, rsize, keg->uk_ipers,
2190             pages);
2191         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_MAX_SETSIZE,
2192             ("%s: keg=%s, flags=0x%b, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u", __func__,
2193              keg->uk_name, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, rsize,
2194              keg->uk_ipers, pages));
2195 }
2196
2197 /*
2198  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
2199  * the keg onto the global keg list.
2200  *
2201  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2202  *      udata  Actually uma_kctor_args
2203  */
2204 static int
2205 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2206 {
2207         struct uma_kctor_args *arg = udata;
2208         uma_keg_t keg = mem;
2209         uma_zone_t zone;
2210         int i;
2211
2212         bzero(keg, size);
2213         keg->uk_size = arg->size;
2214         keg->uk_init = arg->uminit;
2215         keg->uk_fini = arg->fini;
2216         keg->uk_align = arg->align;
2217         keg->uk_reserve = 0;
2218         keg->uk_flags = arg->flags;
2219
2220         /*
2221          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
2222          * UMA_ZONE_FIRSTTOUCH set will use first-touch instead, in which
2223          * case the iterator is never run.
2224          */
2225         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
2226         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
2227
2228         /*
2229          * The primary zone is passed to us at keg-creation time.
2230          */
2231         zone = arg->zone;
2232         keg->uk_name = zone->uz_name;
2233
2234         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
2235                 keg->uk_init = zero_init;
2236
2237         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2238                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2239
2240 #ifndef SMP
2241         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
2242 #endif
2243
2244         keg_layout(keg);
2245
2246         /*
2247          * Use a first-touch NUMA policy for kegs that pmap_extract() will
2248          * work on.  Use round-robin for everything else.
2249          *
2250          * Zones may override the default by specifying either.
2251          */
2252 #ifdef NUMA
2253         if ((keg->uk_flags &
2254             (UMA_ZONE_ROUNDROBIN | UMA_ZFLAG_CACHE | UMA_ZONE_NOTPAGE)) == 0)
2255                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_FIRSTTOUCH;
2256         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2257                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2258 #endif
2259
2260         /*
2261          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
2262          * startup cache until the vm is ready.
2263          */
2264 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2265         if (keg->uk_ppera == 1)
2266                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
2267         else
2268 #endif
2269         if (booted < BOOT_KVA)
2270                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
2271         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2272                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2273         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 && keg->uk_ppera > 1)
2274                 keg->uk_allocf = contig_alloc;
2275         else
2276                 keg->uk_allocf = page_alloc;
2277 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2278         if (keg->uk_ppera == 1)
2279                 keg->uk_freef = uma_small_free;
2280         else
2281 #endif
2282         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2283                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
2284         else
2285                 keg->uk_freef = page_free;
2286
2287         /*
2288          * Initialize keg's locks.
2289          */
2290         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2291                 KEG_LOCK_INIT(keg, i, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2292
2293         /*
2294          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
2295          * figure out where in each page it goes.  See slab_sizeof
2296          * definition.
2297          */
2298         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)) {
2299                 size_t shsize;
2300
2301                 shsize = slab_sizeof(keg->uk_ipers);
2302                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - shsize;
2303                 /*
2304                  * The only way the following is possible is if with our
2305                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
2306                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
2307                  * mathematically possible for all cases, so we make
2308                  * sure here anyway.
2309                  */
2310                 KASSERT(keg->uk_pgoff + shsize <= PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
2311                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
2312                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
2313         }
2314
2315         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
2316                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
2317
2318         CTR3(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p)", keg, zone->uz_name, zone);
2319
2320         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
2321
2322         rw_wlock(&uma_rwlock);
2323         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
2324         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2325         return (0);
2326 }
2327
2328 static void
2329 zone_kva_available(uma_zone_t zone, void *unused)
2330 {
2331         uma_keg_t keg;
2332
2333         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
2334                 return;
2335         KEG_GET(zone, keg);
2336
2337         if (keg->uk_allocf == startup_alloc) {
2338                 /* Switch to the real allocator. */
2339                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2340                         keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2341                 else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 &&
2342                     keg->uk_ppera > 1)
2343                         keg->uk_allocf = contig_alloc;
2344                 else
2345                         keg->uk_allocf = page_alloc;
2346         }
2347 }
2348
2349 static void
2350 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone, void *unused)
2351 {
2352
2353         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2354         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2355         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2356         zone->uz_xdomain = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2357 }
2358
2359 static void
2360 zone_alloc_sysctl(uma_zone_t zone, void *unused)
2361 {
2362         uma_zone_domain_t zdom;
2363         uma_domain_t dom;
2364         uma_keg_t keg;
2365         struct sysctl_oid *oid, *domainoid;
2366         int domains, i, cnt;
2367         static const char *nokeg = "cache zone";
2368         char *c;
2369
2370         /*
2371          * Make a sysctl safe copy of the zone name by removing
2372          * any special characters and handling dups by appending
2373          * an index.
2374          */
2375         if (zone->uz_namecnt != 0) {
2376                 /* Count the number of decimal digits and '_' separator. */
2377                 for (i = 1, cnt = zone->uz_namecnt; cnt != 0; i++)
2378                         cnt /= 10;
2379                 zone->uz_ctlname = malloc(strlen(zone->uz_name) + i + 1,
2380                     M_UMA, M_WAITOK);
2381                 sprintf(zone->uz_ctlname, "%s_%d", zone->uz_name,
2382                     zone->uz_namecnt);
2383         } else
2384                 zone->uz_ctlname = strdup(zone->uz_name, M_UMA);
2385         for (c = zone->uz_ctlname; *c != '\0'; c++)
2386                 if (strchr("./\\ -", *c) != NULL)
2387                         *c = '_';
2388
2389         /*
2390          * Basic parameters at the root.
2391          */
2392         zone->uz_oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_vm_uma),
2393             OID_AUTO, zone->uz_ctlname, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2394         oid = zone->uz_oid;
2395         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2396             "size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_size, 0, "Allocation size");
2397         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2398             "flags", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_MPSAFE,
2399             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_flags, "A",
2400             "Allocator configuration flags");
2401         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2402             "bucket_size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size, 0,
2403             "Desired per-cpu cache size");
2404         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2405             "bucket_size_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size_max, 0,
2406             "Maximum allowed per-cpu cache size");
2407
2408         /*
2409          * keg if present.
2410          */
2411         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
2412                 domains = vm_ndomains;
2413         else
2414                 domains = 1;
2415         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2416             "keg", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2417         keg = zone->uz_keg;
2418         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0) {
2419                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2420                     "name", CTLFLAG_RD, keg->uk_name, "Keg name");
2421                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2422                     "rsize", CTLFLAG_RD, &keg->uk_rsize, 0,
2423                     "Real object size with alignment");
2424                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2425                     "ppera", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ppera, 0,
2426                     "pages per-slab allocation");
2427                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2428                     "ipers", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ipers, 0,
2429                     "items available per-slab");
2430                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2431                     "align", CTLFLAG_RD, &keg->uk_align, 0,
2432                     "item alignment mask");
2433                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2434                     "reserve", CTLFLAG_RD, &keg->uk_reserve, 0,
2435                     "number of reserved items");
2436                 SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2437                     "efficiency", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2438                     keg, 0, sysctl_handle_uma_slab_efficiency, "I",
2439                     "Slab utilization (100 - internal fragmentation %)");
2440                 domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid),
2441                     OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2442                 for (i = 0; i < domains; i++) {
2443                         dom = &keg->uk_domain[i];
2444                         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2445                             OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2446                             CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2447                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2448                             "pages", CTLFLAG_RD, &dom->ud_pages, 0,
2449                             "Total pages currently allocated from VM");
2450                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2451                             "free_items", CTLFLAG_RD, &dom->ud_free_items, 0,
2452                             "items free in the slab layer");
2453                 }
2454         } else
2455                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2456                     "name", CTLFLAG_RD, nokeg, "Keg name");
2457
2458         /*
2459          * Information about zone limits.
2460          */
2461         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2462             "limit", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2463         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2464             "items", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2465             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_items, "QU",
2466             "Current number of allocated items if limit is set");
2467         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2468             "max_items", CTLFLAG_RD, &zone->uz_max_items, 0,
2469             "Maximum number of allocated and cached items");
2470         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2471             "sleepers", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleepers, 0,
2472             "Number of threads sleeping at limit");
2473         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2474             "sleeps", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleeps, 0,
2475             "Total zone limit sleeps");
2476         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2477             "bucket_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_max, 0,
2478             "Maximum number of items in each domain's bucket cache");
2479
2480         /*
2481          * Per-domain zone information.
2482          */
2483         domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid),
2484             OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2485         for (i = 0; i < domains; i++) {
2486                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2487                 oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2488                     OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2489                     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2490                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2491                     "nitems", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_nitems,
2492                     "number of items in this domain");
2493                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2494                     "imax", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imax,
2495                     "maximum item count in this period");
2496                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2497                     "imin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imin,
2498                     "minimum item count in this period");
2499                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2500                     "wss", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_wss,
2501                     "Working set size");
2502         }
2503
2504         /*
2505          * General statistics.
2506          */
2507         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2508             "stats", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2509         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2510             "current", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2511             zone, 1, sysctl_handle_uma_zone_cur, "I",
2512             "Current number of allocated items");
2513         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2514             "allocs", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2515             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_allocs, "QU",
2516             "Total allocation calls");
2517         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2518             "frees", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2519             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_frees, "QU",
2520             "Total free calls");
2521         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2522             "fails", CTLFLAG_RD, &zone->uz_fails,
2523             "Number of allocation failures");
2524         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2525             "xdomain", CTLFLAG_RD, &zone->uz_xdomain,
2526             "Free calls from the wrong domain");
2527 }
2528
2529 struct uma_zone_count {
2530         const char      *name;
2531         int             count;
2532 };
2533
2534 static void
2535 zone_count(uma_zone_t zone, void *arg)
2536 {
2537         struct uma_zone_count *cnt;
2538
2539         cnt = arg;
2540         /*
2541          * Some zones are rapidly created with identical names and
2542          * destroyed out of order.  This can lead to gaps in the count.
2543          * Use one greater than the maximum observed for this name.
2544          */
2545         if (strcmp(zone->uz_name, cnt->name) == 0)
2546                 cnt->count = MAX(cnt->count,
2547                     zone->uz_namecnt + 1);
2548 }
2549
2550 static void
2551 zone_update_caches(uma_zone_t zone)
2552 {
2553         int i;
2554
2555         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2556                 cache_set_uz_size(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_size);
2557                 cache_set_uz_flags(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_flags);
2558         }
2559 }
2560
2561 /*
2562  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
2563  *
2564  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2565  *      udata  Actually uma_zctor_args
2566  */
2567 static int
2568 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2569 {
2570         struct uma_zone_count cnt;
2571         struct uma_zctor_args *arg = udata;
2572         uma_zone_domain_t zdom;
2573         uma_zone_t zone = mem;
2574         uma_zone_t z;
2575         uma_keg_t keg;
2576         int i;
2577
2578         bzero(zone, size);
2579         zone->uz_name = arg->name;
2580         zone->uz_ctor = arg->ctor;
2581         zone->uz_dtor = arg->dtor;
2582         zone->uz_init = NULL;
2583         zone->uz_fini = NULL;
2584         zone->uz_sleeps = 0;
2585         zone->uz_bucket_size = 0;
2586         zone->uz_bucket_size_min = 0;
2587         zone->uz_bucket_size_max = BUCKET_MAX;
2588         zone->uz_flags = (arg->flags & UMA_ZONE_SMR);
2589         zone->uz_warning = NULL;
2590         /* The domain structures follow the cpu structures. */
2591         zone->uz_bucket_max = ULONG_MAX;
2592         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
2593
2594         /* Count the number of duplicate names. */
2595         cnt.name = arg->name;
2596         cnt.count = 0;
2597         zone_foreach(zone_count, &cnt);
2598         zone->uz_namecnt = cnt.count;
2599         ZONE_CROSS_LOCK_INIT(zone);
2600
2601         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2602                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2603                 ZDOM_LOCK_INIT(zone, zdom, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2604                 STAILQ_INIT(&zdom->uzd_buckets);
2605         }
2606
2607 #ifdef INVARIANTS
2608         if (arg->uminit == trash_init && arg->fini == trash_fini)
2609                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_TRASH | UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2610 #endif
2611
2612         /*
2613          * This is a pure cache zone, no kegs.
2614          */
2615         if (arg->import) {
2616                 KASSERT((arg->flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0,
2617                     ("zone_ctor: Import specified for non-cache zone."));
2618                 zone->uz_flags = arg->flags;
2619                 zone->uz_size = arg->size;
2620                 zone->uz_import = arg->import;
2621                 zone->uz_release = arg->release;
2622                 zone->uz_arg = arg->arg;
2623 #ifdef NUMA
2624                 /*
2625                  * Cache zones are round-robin unless a policy is
2626                  * specified because they may have incompatible
2627                  * constraints.
2628                  */
2629                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2630                         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2631 #endif
2632                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2633                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
2634                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2635                 goto out;
2636         }
2637
2638         /*
2639          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
2640          */
2641         zone->uz_import = zone_import;
2642         zone->uz_release = zone_release;
2643         zone->uz_arg = zone;
2644         keg = arg->keg;
2645
2646         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
2647                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
2648                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
2649                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
2650                 zone->uz_init = arg->uminit;
2651                 zone->uz_fini = arg->fini;
2652                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
2653                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2654                 ZONE_LOCK(zone);
2655                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
2656                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
2657                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
2658                                 break;
2659                         }
2660                 }
2661                 ZONE_UNLOCK(zone);
2662                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2663         } else if (keg == NULL) {
2664                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
2665                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
2666                         return (ENOMEM);
2667         } else {
2668                 struct uma_kctor_args karg;
2669                 int error;
2670
2671                 /* We should only be here from uma_startup() */
2672                 karg.size = arg->size;
2673                 karg.uminit = arg->uminit;
2674                 karg.fini = arg->fini;
2675                 karg.align = arg->align;
2676                 karg.flags = (arg->flags & ~UMA_ZONE_SMR);
2677                 karg.zone = zone;
2678                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
2679                     flags);
2680                 if (error)
2681                         return (error);
2682         }
2683
2684         /* Inherit properties from the keg. */
2685         zone->uz_keg = keg;
2686         zone->uz_size = keg->uk_size;
2687         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
2688             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
2689
2690 out:
2691         if (booted >= BOOT_PCPU) {
2692                 zone_alloc_counters(zone, NULL);
2693                 if (booted >= BOOT_RUNNING)
2694                         zone_alloc_sysctl(zone, NULL);
2695         } else {
2696                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
2697                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
2698                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
2699         }
2700
2701         /* Caller requests a private SMR context. */
2702         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
2703                 zone->uz_smr = smr_create(zone->uz_name, 0, 0);
2704
2705         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
2706             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
2707             ("Invalid zone flag combination"));
2708         if (arg->flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
2709                 zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = 0;
2710         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
2711                 zone->uz_bucket_size = BUCKET_MAX;
2712         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
2713                 zone->uz_bucket_size = 0;
2714         else
2715                 zone->uz_bucket_size = bucket_select(zone->uz_size);
2716         zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size;
2717         if (zone->uz_dtor != NULL || zone->uz_ctor != NULL)
2718                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2719         zone_update_caches(zone);
2720
2721         return (0);
2722 }
2723
2724 /*
2725  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
2726  * table and removes the keg from the global list.
2727  *
2728  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2729  *      udata  unused
2730  */
2731 static void
2732 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2733 {
2734         uma_keg_t keg;
2735         uint32_t free, pages;
2736         int i;
2737
2738         keg = (uma_keg_t)arg;
2739         free = pages = 0;
2740         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2741                 free += keg->uk_domain[i].ud_free_items;
2742                 pages += keg->uk_domain[i].ud_pages;
2743                 KEG_LOCK_FINI(keg, i);
2744         }
2745         if (pages != 0)
2746                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%u items). "
2747                     " Lost %u pages of memory.\n",
2748                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
2749                     pages / keg->uk_ppera * keg->uk_ipers - free, pages);
2750
2751         hash_free(&keg->uk_hash);
2752 }
2753
2754 /*
2755  * Zone header dtor.
2756  *
2757  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2758  *      udata  unused
2759  */
2760 static void
2761 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2762 {
2763         uma_zone_t zone;
2764         uma_keg_t keg;
2765         int i;
2766
2767         zone = (uma_zone_t)arg;
2768
2769         sysctl_remove_oid(zone->uz_oid, 1, 1);
2770
2771         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
2772                 cache_drain(zone);
2773
2774         rw_wlock(&uma_rwlock);
2775         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
2776         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2777         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2778                 keg = zone->uz_keg;
2779                 keg->uk_reserve = 0;
2780         }
2781         zone_reclaim(zone, M_WAITOK, true);
2782
2783         /*
2784          * We only destroy kegs from non secondary/non cache zones.
2785          */
2786         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2787                 keg = zone->uz_keg;
2788                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2789                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
2790                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2791                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
2792         }
2793         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
2794         counter_u64_free(zone->uz_frees);
2795         counter_u64_free(zone->uz_fails);
2796         counter_u64_free(zone->uz_xdomain);
2797         free(zone->uz_ctlname, M_UMA);
2798         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2799                 ZDOM_LOCK_FINI(ZDOM_GET(zone, i));
2800         ZONE_CROSS_LOCK_FINI(zone);
2801 }
2802
2803 static void
2804 zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2805 {
2806         uma_keg_t keg;
2807         uma_zone_t zone;
2808
2809         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
2810                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
2811                         zfunc(zone, arg);
2812         }
2813         LIST_FOREACH(zone, &uma_cachezones, uz_link)
2814                 zfunc(zone, arg);
2815 }
2816
2817 /*
2818  * Traverses every zone in the system and calls a callback
2819  *
2820  * Arguments:
2821  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
2822  *              as an argument.
2823  *
2824  * Returns:
2825  *      Nothing
2826  */
2827 static void
2828 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2829 {
2830
2831         rw_rlock(&uma_rwlock);
2832         zone_foreach_unlocked(zfunc, arg);
2833         rw_runlock(&uma_rwlock);
2834 }
2835
2836 /*
2837  * Initialize the kernel memory allocator.  This is done after pages can be
2838  * allocated but before general KVA is available.
2839  */
2840 void
2841 uma_startup1(vm_offset_t virtual_avail)
2842 {
2843         struct uma_zctor_args args;
2844         size_t ksize, zsize, size;
2845         uma_keg_t primarykeg;
2846         uintptr_t m;
2847         int domain;
2848         uint8_t pflag;
2849
2850         bootstart = bootmem = virtual_avail;
2851
2852         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2853         sx_init(&uma_reclaim_lock, "umareclaim");
2854
2855         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2856             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2857         ksize = roundup(ksize, UMA_SUPER_ALIGN);
2858         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2859             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2860             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2861         zsize = roundup(zsize, UMA_SUPER_ALIGN);
2862
2863         /* Allocate the zone of zones, zone of kegs, and zone of zones keg. */
2864         size = (zsize * 2) + ksize;
2865         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
2866                 m = (uintptr_t)startup_alloc(NULL, size, domain, &pflag,
2867                     M_NOWAIT | M_ZERO);
2868                 if (m != 0)
2869                         break;
2870         }
2871         zones = (uma_zone_t)m;
2872         m += zsize;
2873         kegs = (uma_zone_t)m;
2874         m += zsize;
2875         primarykeg = (uma_keg_t)m;
2876
2877         /* "manually" create the initial zone */
2878         memset(&args, 0, sizeof(args));
2879         args.name = "UMA Kegs";
2880         args.size = ksize;
2881         args.ctor = keg_ctor;
2882         args.dtor = keg_dtor;
2883         args.uminit = zero_init;
2884         args.fini = NULL;
2885         args.keg = primarykeg;
2886         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2887         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2888         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2889
2890         args.name = "UMA Zones";
2891         args.size = zsize;
2892         args.ctor = zone_ctor;
2893         args.dtor = zone_dtor;
2894         args.uminit = zero_init;
2895         args.fini = NULL;
2896         args.keg = NULL;
2897         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2898         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2899         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2900
2901         /* Now make zones for slab headers */
2902         slabzones[0] = uma_zcreate("UMA Slabs 0", SLABZONE0_SIZE,
2903             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2904         slabzones[1] = uma_zcreate("UMA Slabs 1", SLABZONE1_SIZE,
2905             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2906
2907         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2908             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2909             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2910
2911         bucket_init();
2912         smr_init();
2913 }
2914
2915 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2916 extern void vm_radix_reserve_kva(void);
2917 #endif
2918
2919 /*
2920  * Advertise the availability of normal kva allocations and switch to
2921  * the default back-end allocator.  Marks the KVA we consumed on startup
2922  * as used in the map.
2923  */
2924 void
2925 uma_startup2(void)
2926 {
2927
2928         if (bootstart != bootmem) {
2929                 vm_map_lock(kernel_map);
2930                 (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, bootstart, bootmem,
2931                     VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
2932                 vm_map_unlock(kernel_map);
2933         }
2934
2935 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2936         /* Set up radix zone to use noobj_alloc. */
2937         vm_radix_reserve_kva();
2938 #endif
2939
2940         booted = BOOT_KVA;
2941         zone_foreach_unlocked(zone_kva_available, NULL);
2942         bucket_enable();
2943 }
2944
2945 /*
2946  * Allocate counters as early as possible so that boot-time allocations are
2947  * accounted more precisely.
2948  */
2949 static void
2950 uma_startup_pcpu(void *arg __unused)
2951 {
2952
2953         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_counters, NULL);
2954         booted = BOOT_PCPU;
2955 }
2956 SYSINIT(uma_startup_pcpu, SI_SUB_COUNTER, SI_ORDER_ANY, uma_startup_pcpu, NULL);
2957
2958 /*
2959  * Finish our initialization steps.
2960  */
2961 static void
2962 uma_startup3(void *arg __unused)
2963 {
2964
2965 #ifdef INVARIANTS
2966         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2967         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2968         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2969 #endif
2970         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_sysctl, NULL);
2971         callout_init(&uma_callout, 1);
2972         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2973         booted = BOOT_RUNNING;
2974
2975         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, uma_shutdown, NULL,
2976             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
2977 }
2978 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
2979
2980 static void
2981 uma_shutdown(void)
2982 {
2983
2984         booted = BOOT_SHUTDOWN;
2985 }
2986
2987 static uma_keg_t
2988 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2989                 int align, uint32_t flags)
2990 {
2991         struct uma_kctor_args args;
2992
2993         args.size = size;
2994         args.uminit = uminit;
2995         args.fini = fini;
2996         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2997         args.flags = flags;
2998         args.zone = zone;
2999         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3000 }
3001
3002 /* Public functions */
3003 /* See uma.h */
3004 void
3005 uma_set_align(int align)
3006 {
3007
3008         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
3009                 uma_align_cache = align;
3010 }
3011
3012 /* See uma.h */
3013 uma_zone_t
3014 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3015                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
3016
3017 {
3018         struct uma_zctor_args args;
3019         uma_zone_t res;
3020
3021         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
3022             align, name));
3023
3024         /* This stuff is essential for the zone ctor */
3025         memset(&args, 0, sizeof(args));
3026         args.name = name;
3027         args.size = size;
3028         args.ctor = ctor;
3029         args.dtor = dtor;
3030         args.uminit = uminit;
3031         args.fini = fini;
3032 #ifdef  INVARIANTS
3033         /*
3034          * Inject procedures which check for memory use after free if we are
3035          * allowed to scramble the memory while it is not allocated.  This
3036          * requires that: UMA is actually able to access the memory, no init
3037          * or fini procedures, no dependency on the initial value of the
3038          * memory, and no (legitimate) use of the memory after free.  Note,
3039          * the ctor and dtor do not need to be empty.
3040          */
3041         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOTOUCH |
3042             UMA_ZONE_NOFREE))) && uminit == NULL && fini == NULL) {
3043                 args.uminit = trash_init;
3044                 args.fini = trash_fini;
3045         }
3046 #endif
3047         args.align = align;
3048         args.flags = flags;
3049         args.keg = NULL;
3050
3051         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3052         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3053         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3054
3055         return (res);
3056 }
3057
3058 /* See uma.h */
3059 uma_zone_t
3060 uma_zsecond_create(const char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3061     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t primary)
3062 {
3063         struct uma_zctor_args args;
3064         uma_keg_t keg;
3065         uma_zone_t res;
3066
3067         keg = primary->uz_keg;
3068         memset(&args, 0, sizeof(args));
3069         args.name = name;
3070         args.size = keg->uk_size;
3071         args.ctor = ctor;
3072         args.dtor = dtor;
3073         args.uminit = zinit;
3074         args.fini = zfini;
3075         args.align = keg->uk_align;
3076         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
3077         args.keg = keg;
3078
3079         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3080         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3081         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3082
3083         return (res);
3084 }
3085
3086 /* See uma.h */
3087 uma_zone_t
3088 uma_zcache_create(const char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3089     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport, uma_release zrelease,
3090     void *arg, int flags)
3091 {
3092         struct uma_zctor_args args;
3093
3094         memset(&args, 0, sizeof(args));
3095         args.name = name;
3096         args.size = size;
3097         args.ctor = ctor;
3098         args.dtor = dtor;
3099         args.uminit = zinit;
3100         args.fini = zfini;
3101         args.import = zimport;
3102         args.release = zrelease;
3103         args.arg = arg;
3104         args.align = 0;
3105         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
3106
3107         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3108 }
3109
3110 /* See uma.h */
3111 void
3112 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
3113 {
3114
3115         /*
3116          * Large slabs are expensive to reclaim, so don't bother doing
3117          * unnecessary work if we're shutting down.
3118          */
3119         if (booted == BOOT_SHUTDOWN &&
3120             zone->uz_fini == NULL && zone->uz_release == zone_release)
3121                 return;
3122         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3123         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
3124         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3125 }
3126
3127 void
3128 uma_zwait(uma_zone_t zone)
3129 {
3130
3131         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
3132                 uma_zfree_smr(zone, uma_zalloc_smr(zone, M_WAITOK));
3133         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
3134                 uma_zfree_pcpu(zone, uma_zalloc_pcpu(zone, M_WAITOK));
3135         else
3136                 uma_zfree(zone, uma_zalloc(zone, M_WAITOK));
3137 }
3138
3139 void *
3140 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3141 {
3142         void *item, *pcpu_item;
3143 #ifdef SMP
3144         int i;
3145
3146         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3147 #endif
3148         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
3149         if (item == NULL)
3150                 return (NULL);
3151         pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
3152         if (flags & M_ZERO) {
3153 #ifdef SMP
3154                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
3155                         bzero(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), zone->uz_size);
3156 #else
3157                 bzero(item, zone->uz_size);
3158 #endif
3159         }
3160         return (pcpu_item);
3161 }
3162
3163 /*
3164  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
3165  */
3166 void
3167 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *pcpu_item, void *udata)
3168 {
3169         void *item;
3170
3171 #ifdef SMP
3172         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3173 #endif
3174
3175         /* uma_zfree_pcu_*(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3176         if (pcpu_item == NULL)
3177                 return;
3178
3179         item = zpcpu_offset_to_base(pcpu_item);
3180         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
3181 }
3182
3183 static inline void *
3184 item_ctor(uma_zone_t zone, int uz_flags, int size, void *udata, int flags,
3185     void *item)
3186 {
3187 #ifdef INVARIANTS
3188         bool skipdbg;
3189
3190         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3191         if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3192             zone->uz_ctor != trash_ctor)
3193                 trash_ctor(item, size, udata, flags);
3194 #endif
3195         /* Check flags before loading ctor pointer. */
3196         if (__predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0) &&
3197             __predict_false(zone->uz_ctor != NULL) &&
3198             zone->uz_ctor(item, size, udata, flags) != 0) {
3199                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3200                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
3201                 return (NULL);
3202         }
3203 #ifdef INVARIANTS
3204         if (!skipdbg)
3205                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3206 #endif
3207         if (__predict_false(flags & M_ZERO))
3208                 return (memset(item, 0, size));
3209
3210         return (item);
3211 }
3212
3213 static inline void
3214 item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size, void *udata,
3215     enum zfreeskip skip)
3216 {
3217 #ifdef INVARIANTS
3218         bool skipdbg;
3219
3220         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3221         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3222                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC) != 0)
3223                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3224                 else
3225                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3226         }
3227 #endif
3228         if (__predict_true(skip < SKIP_DTOR)) {
3229                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3230                         zone->uz_dtor(item, size, udata);
3231 #ifdef INVARIANTS
3232                 if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3233                     zone->uz_dtor != trash_dtor)
3234                         trash_dtor(item, size, udata);
3235 #endif
3236         }
3237 }
3238
3239 #ifdef NUMA
3240 static int
3241 item_domain(void *item)
3242 {
3243         int domain;
3244
3245         domain = vm_phys_domain(vtophys(item));
3246         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3247             ("%s: unknown domain for item %p", __func__, item));
3248         return (domain);
3249 }
3250 #endif
3251
3252 #if defined(INVARIANTS) || defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(WITNESS)
3253 #define UMA_ZALLOC_DEBUG
3254 static int
3255 uma_zalloc_debug(uma_zone_t zone, void **itemp, void *udata, int flags)
3256 {
3257         int error;
3258
3259         error = 0;
3260 #ifdef WITNESS
3261         if (flags & M_WAITOK) {
3262                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3263                     "uma_zalloc_debug: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3264         }
3265 #endif
3266
3267 #ifdef INVARIANTS
3268         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0,
3269             ("uma_zalloc_debug: called with M_EXEC"));
3270         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3271             ("uma_zalloc_debug: called within spinlock or critical section"));
3272         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 || (flags & M_ZERO) == 0,
3273             ("uma_zalloc_debug: allocating from a pcpu zone with M_ZERO"));
3274 #endif
3275
3276 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3277         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && memguard_cmp_zone(zone)) {
3278                 void *item;
3279                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
3280                 if (item != NULL) {
3281                         error = EJUSTRETURN;
3282                         if (zone->uz_init != NULL &&
3283                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3284                                 *itemp = NULL;
3285                                 return (error);
3286                         }
3287                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3288                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
3289                             flags) != 0) {
3290                                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3291                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3292                                 *itemp = NULL;
3293                                 return (error);
3294                         }
3295                         *itemp = item;
3296                         return (error);
3297                 }
3298                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
3299         }
3300 #endif
3301         return (error);
3302 }
3303
3304 static int
3305 uma_zfree_debug(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3306 {
3307         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3308             ("uma_zfree_debug: called with spinlock or critical section held"));
3309
3310 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3311         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && is_memguard_addr(item)) {
3312                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3313                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3314                 if (zone->uz_fini != NULL)
3315                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3316                 memguard_free(item);
3317                 return (EJUSTRETURN);
3318         }
3319 #endif
3320         return (0);
3321 }
3322 #endif
3323
3324 static inline void *
3325 cache_alloc_item(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket,
3326     void *udata, int flags)
3327 {
3328         void *item;
3329         int size, uz_flags;
3330
3331         item = cache_bucket_pop(cache, bucket);
3332         size = cache_uz_size(cache);
3333         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
3334         critical_exit();
3335         return (item_ctor(zone, uz_flags, size, udata, flags, item));
3336 }
3337
3338 static __noinline void *
3339 cache_alloc_retry(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3340 {
3341         uma_cache_bucket_t bucket;
3342         int domain;
3343
3344         while (cache_alloc(zone, cache, udata, flags)) {
3345                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3346                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
3347                 if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3348                         continue;
3349                 return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3350         }
3351         critical_exit();
3352
3353         /*
3354          * We can not get a bucket so try to return a single item.
3355          */
3356         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH)
3357                 domain = PCPU_GET(domain);
3358         else
3359                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3360         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3361 }
3362
3363 /* See uma.h */
3364 void *
3365 uma_zalloc_smr(uma_zone_t zone, int flags)
3366 {
3367         uma_cache_bucket_t bucket;
3368         uma_cache_t cache;
3369
3370 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3371         void *item;
3372
3373         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
3374             ("uma_zalloc_arg: called with non-SMR zone."));
3375         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, NULL, flags) == EJUSTRETURN)
3376                 return (item);
3377 #endif
3378
3379         critical_enter();
3380         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3381         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3382         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3383                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, NULL, flags));
3384         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, NULL, flags));
3385 }
3386
3387 /* See uma.h */
3388 void *
3389 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3390 {
3391         uma_cache_bucket_t bucket;
3392         uma_cache_t cache;
3393
3394         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3395         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3396
3397         /* This is the fast path allocation */
3398         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg zone %s(%p) flags %d", zone->uz_name,
3399             zone, flags);
3400
3401 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3402         void *item;
3403
3404         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3405             ("uma_zalloc_arg: called with SMR zone."));
3406         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, udata, flags) == EJUSTRETURN)
3407                 return (item);
3408 #endif
3409
3410         /*
3411          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
3412          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3413          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3414          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3415          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3416          * preemption and migration.  We release the critical section in
3417          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
3418          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
3419          * must detect and handle migration if it has occurred.
3420          */
3421         critical_enter();
3422         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3423         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3424         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3425                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, udata, flags));
3426         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3427 }
3428
3429 /*
3430  * Replenish an alloc bucket and possibly restore an old one.  Called in
3431  * a critical section.  Returns in a critical section.
3432  *
3433  * A false return value indicates an allocation failure.
3434  * A true return value indicates success and the caller should retry.
3435  */
3436 static __noinline bool
3437 cache_alloc(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3438 {
3439         uma_bucket_t bucket;
3440         int curdomain, domain;
3441         bool new;
3442
3443         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3444
3445         /*
3446          * If we have run out of items in our alloc bucket see
3447          * if we can switch with the free bucket.
3448          *
3449          * SMR Zones can't re-use the free bucket until the sequence has
3450          * expired.
3451          */
3452         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) == 0 &&
3453             cache->uc_freebucket.ucb_cnt != 0) {
3454                 cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
3455                     &cache->uc_allocbucket);
3456                 return (true);
3457         }
3458
3459         /*
3460          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
3461          */
3462         bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
3463         critical_exit();
3464
3465         if (bucket != NULL) {
3466                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
3467                     ("cache_alloc: Entered with non-empty alloc bucket."));
3468                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3469         }
3470
3471         /*
3472          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
3473          * we must go back to the zone.  This requires the zdom lock, so we
3474          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
3475          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
3476          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3477          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3478          * the critical section.
3479          */
3480         domain = PCPU_GET(domain);
3481         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 ||
3482             VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3483                 domain = zone_domain_highest(zone, domain);
3484         bucket = cache_fetch_bucket(zone, cache, domain);
3485         if (bucket == NULL && zone->uz_bucket_size != 0 && !bucketdisable) {
3486                 bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
3487                 new = true;
3488         } else {
3489                 new = false;
3490         }
3491
3492         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
3493             zone->uz_name, zone, bucket);
3494         if (bucket == NULL) {
3495                 critical_enter();
3496                 return (false);
3497         }
3498
3499         /*
3500          * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
3501          * initialized bucket to make this less likely or claim
3502          * the memory directly.
3503          */
3504         critical_enter();
3505         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3506         if (cache->uc_allocbucket.ucb_bucket == NULL &&
3507             ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0 ||
3508             (curdomain = PCPU_GET(domain)) == domain ||
3509             VM_DOMAIN_EMPTY(curdomain))) {
3510                 if (new)
3511                         atomic_add_long(&ZDOM_GET(zone, domain)->uzd_imax,
3512                             bucket->ub_cnt);
3513                 cache_bucket_load_alloc(cache, bucket);
3514                 return (true);
3515         }
3516
3517         /*
3518          * We lost the race, release this bucket and start over.
3519          */
3520         critical_exit();
3521         zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, false);
3522         critical_enter();
3523
3524         return (true);
3525 }
3526
3527 void *
3528 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3529 {
3530 #ifdef NUMA
3531         uma_bucket_t bucket;
3532         uma_zone_domain_t zdom;
3533         void *item;
3534 #endif
3535
3536         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3537         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3538
3539         /* This is the fast path allocation */
3540         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_domain zone %s(%p) domain %d flags %d",
3541             zone->uz_name, zone, domain, flags);
3542
3543         if (flags & M_WAITOK) {
3544                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3545                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3546         }
3547         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3548             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
3549         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3550             ("uma_zalloc_domain: called with SMR zone."));
3551 #ifdef NUMA
3552         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0,
3553             ("uma_zalloc_domain: called with non-FIRSTTOUCH zone."));
3554
3555         if (vm_ndomains == 1)
3556                 return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3557
3558         /*
3559          * Try to allocate from the bucket cache before falling back to the keg.
3560          * We could try harder and attempt to allocate from per-CPU caches or
3561          * the per-domain cross-domain buckets, but the complexity is probably
3562          * not worth it.  It is more important that frees of previous
3563          * cross-domain allocations do not blow up the cache.
3564          */
3565         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
3566         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL) {
3567                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
3568 #ifdef INVARIANTS
3569                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1] = NULL;
3570 #endif
3571                 bucket->ub_cnt--;
3572                 zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, true);
3573                 item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata,
3574                     flags, item);
3575                 if (item != NULL) {
3576                         KASSERT(item_domain(item) == domain,
3577                             ("%s: bucket cache item %p from wrong domain",
3578                             __func__, item));
3579                         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
3580                 }
3581                 return (item);
3582         }
3583         ZDOM_UNLOCK(zdom);
3584         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3585 #else
3586         return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3587 #endif
3588 }
3589
3590 /*
3591  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
3592  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
3593  *
3594  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
3595  * only 'domain'.
3596  */
3597 static uma_slab_t
3598 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
3599 {
3600         uma_domain_t dom;
3601         uma_slab_t slab;
3602         int start;
3603
3604         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3605             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
3606         KEG_LOCK_ASSERT(keg, domain);
3607
3608         slab = NULL;
3609         start = domain;
3610         do {
3611                 dom = &keg->uk_domain[domain];
3612                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab)) != NULL)
3613                         return (slab);
3614                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab)) != NULL) {
3615                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
3616                         dom->ud_free_slabs--;
3617                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3618                         return (slab);
3619                 }
3620                 if (rr)
3621                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
3622         } while (domain != start);
3623
3624         return (NULL);
3625 }
3626
3627 /*
3628  * Fetch an existing slab from a free or partial list.  Returns with the
3629  * keg domain lock held if a slab was found or unlocked if not.
3630  */
3631 static uma_slab_t
3632 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
3633 {
3634         uma_slab_t slab;
3635         uint32_t reserve;
3636
3637         /* HASH has a single free list. */
3638         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
3639                 domain = 0;
3640
3641         KEG_LOCK(keg, domain);
3642         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
3643         if (keg->uk_domain[domain].ud_free_items <= reserve ||
3644             (slab = keg_first_slab(keg, domain, rr)) == NULL) {
3645                 KEG_UNLOCK(keg, domain);
3646                 return (NULL);
3647         }
3648         return (slab);
3649 }
3650
3651 static uma_slab_t
3652 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
3653 {
3654         struct vm_domainset_iter di;
3655         uma_slab_t slab;
3656         int aflags, domain;
3657         bool rr;
3658
3659 restart:
3660         /*
3661          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
3662          * domain (as happens with first-touch zones).
3663          *
3664          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
3665          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
3666          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
3667          */
3668         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
3669         if (rr) {
3670                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
3671                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3672                     &aflags);
3673         } else {
3674                 aflags = flags;
3675                 domain = rdomain;
3676         }
3677
3678         for (;;) {
3679                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
3680                 if (slab != NULL)
3681                         return (slab);
3682
3683                 /*
3684                  * M_NOVM means don't ask at all!
3685                  */
3686                 if (flags & M_NOVM)
3687                         break;
3688
3689                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
3690                 if (slab != NULL)
3691                         return (slab);
3692                 if (!rr && (flags & M_WAITOK) == 0)
3693                         break;
3694                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3695                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
3696                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
3697                                 goto restart;
3698                         }
3699                         break;
3700                 }
3701         }
3702
3703         /*
3704          * We might not have been able to get a slab but another cpu
3705          * could have while we were unlocked.  Check again before we
3706          * fail.
3707          */
3708         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL)
3709                 return (slab);
3710
3711         return (NULL);
3712 }
3713
3714 static void *
3715 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
3716 {
3717         uma_domain_t dom;
3718         void *item;
3719         int freei;
3720
3721         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
3722
3723         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3724         freei = BIT_FFS(keg->uk_ipers, &slab->us_free) - 1;
3725         BIT_CLR(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
3726         item = slab_item(slab, keg, freei);
3727         slab->us_freecount--;
3728         dom->ud_free_items--;
3729
3730         /*
3731          * Move this slab to the full list.  It must be on the partial list, so
3732          * we do not need to update the free slab count.  In particular,
3733          * keg_fetch_slab() always returns slabs on the partial list.
3734          */
3735         if (slab->us_freecount == 0) {
3736                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3737                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
3738         }
3739
3740         return (item);
3741 }
3742
3743 static int
3744 zone_import(void *arg, void **bucket, int max, int domain, int flags)
3745 {
3746         uma_domain_t dom;
3747         uma_zone_t zone;
3748         uma_slab_t slab;
3749         uma_keg_t keg;
3750 #ifdef NUMA
3751         int stripe;
3752 #endif
3753         int i;
3754
3755         zone = arg;
3756         slab = NULL;
3757         keg = zone->uz_keg;
3758         /* Try to keep the buckets totally full */
3759         for (i = 0; i < max; ) {
3760                 if ((slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags)) == NULL)
3761                         break;
3762 #ifdef NUMA
3763                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
3764 #endif
3765                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3766                 do {
3767                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
3768                         if (dom->ud_free_items <= keg->uk_reserve) {
3769                                 /*
3770                                  * Avoid depleting the reserve after a
3771                                  * successful item allocation, even if
3772                                  * M_USE_RESERVE is specified.
3773                                  */
3774                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3775                                 goto out;
3776                         }
3777 #ifdef NUMA
3778                         /*
3779                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
3780                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
3781                          * instead pick a new domain for each bucket rather
3782                          * than stripe within each bucket.  The current option
3783                          * produces more fragmentation and requires more cpu
3784                          * time but yields better distribution.
3785                          */
3786                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 &&
3787                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
3788                                 break;
3789 #endif
3790                 } while (slab->us_freecount != 0 && i < max);
3791                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3792
3793                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
3794                 flags &= ~M_WAITOK;
3795                 flags |= M_NOWAIT;
3796         }
3797 out:
3798         return i;
3799 }
3800
3801 static int
3802 zone_alloc_limit_hard(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3803 {
3804         uint64_t old, new, total, max;
3805
3806         /*
3807          * The hard case.  We're going to sleep because there were existing
3808          * sleepers or because we ran out of items.  This routine enforces
3809          * fairness by keeping fifo order.
3810          *
3811          * First release our ill gotten gains and make some noise.
3812          */
3813         for (;;) {
3814                 zone_free_limit(zone, count);
3815                 zone_log_warning(zone);
3816                 zone_maxaction(zone);
3817                 if (flags & M_NOWAIT)
3818                         return (0);
3819
3820                 /*
3821                  * We need to allocate an item or set ourself as a sleeper
3822                  * while the sleepq lock is held to avoid wakeup races.  This
3823                  * is essentially a home rolled semaphore.
3824                  */
3825                 sleepq_lock(&zone->uz_max_items);
3826                 old = zone->uz_items;
3827                 do {
3828                         MPASS(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) < UZ_ITEMS_SLEEPERS_MAX);
3829                         /* Cache the max since we will evaluate twice. */
3830                         max = zone->uz_max_items;
3831                         if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0 ||
3832                             UZ_ITEMS_COUNT(old) >= max)
3833                                 new = old + UZ_ITEMS_SLEEPER;
3834                         else
3835                                 new = old + MIN(count, max - old);
3836                 } while (atomic_fcmpset_64(&zone->uz_items, &old, new) == 0);
3837
3838                 /* We may have successfully allocated under the sleepq lock. */
3839                 if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(new) == 0) {
3840                         sleepq_release(&zone->uz_max_items);
3841                         return (new - old);
3842                 }
3843
3844                 /*
3845                  * This is in a different cacheline from uz_items so that we
3846                  * don't constantly invalidate the fastpath cacheline when we
3847                  * adjust item counts.  This could be limited to toggling on
3848                  * transitions.
3849                  */
3850                 atomic_add_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3851                 atomic_add_64(&zone->uz_sleeps, 1);
3852
3853                 /*
3854                  * We have added ourselves as a sleeper.  The sleepq lock
3855                  * protects us from wakeup races.  Sleep now and then retry.
3856                  */
3857                 sleepq_add(&zone->uz_max_items, NULL, "zonelimit", 0, 0);
3858                 sleepq_wait(&zone->uz_max_items, PVM);
3859
3860                 /*
3861                  * After wakeup, remove ourselves as a sleeper and try
3862                  * again.  We no longer have the sleepq lock for protection.
3863                  *
3864                  * Subract ourselves as a sleeper while attempting to add
3865                  * our count.
3866                  */
3867                 atomic_subtract_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3868                 old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items,
3869                     -(UZ_ITEMS_SLEEPER - count));
3870                 /* We're no longer a sleeper. */
3871                 old -= UZ_ITEMS_SLEEPER;
3872
3873                 /*
3874                  * If we're still at the limit, restart.  Notably do not
3875                  * block on other sleepers.  Cache the max value to protect
3876                  * against changes via sysctl.
3877                  */
3878                 total = UZ_ITEMS_COUNT(old);
3879                 max = zone->uz_max_items;
3880                 if (total >= max)
3881                         continue;
3882                 /* Truncate if necessary, otherwise wake other sleepers. */
3883                 if (total + count > max) {
3884                         zone_free_limit(zone, total + count - max);
3885                         count = max - total;
3886                 } else if (total + count < max && UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0)
3887                         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
3888
3889                 return (count);
3890         }
3891 }
3892
3893 /*
3894  * Allocate 'count' items from our max_items limit.  Returns the number
3895  * available.  If M_NOWAIT is not specified it will sleep until at least
3896  * one item can be allocated.
3897  */
3898 static int
3899 zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3900 {
3901         uint64_t old;
3902         uint64_t max;
3903
3904         max = zone->uz_max_items;
3905         MPASS(max > 0);
3906
3907         /*
3908          * We expect normal allocations to succeed with a simple
3909          * fetchadd.
3910          */
3911         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, count);
3912         if (__predict_true(old + count <= max))
3913                 return (count);
3914
3915         /*
3916          * If we had some items and no sleepers just return the
3917          * truncated value.  We have to release the excess space
3918          * though because that may wake sleepers who weren't woken
3919          * because we were temporarily over the limit.
3920          */
3921         if (old < max) {
3922                 zone_free_limit(zone, (old + count) - max);
3923                 return (max - old);
3924         }
3925         return (zone_alloc_limit_hard(zone, count, flags));
3926 }
3927
3928 /*
3929  * Free a number of items back to the limit.
3930  */
3931 static void
3932 zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count)
3933 {
3934         uint64_t old;
3935
3936         MPASS(count > 0);
3937
3938         /*
3939          * In the common case we either have no sleepers or
3940          * are still over the limit and can just return.
3941          */
3942         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, -count);
3943         if (__predict_true(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) == 0 ||
3944            UZ_ITEMS_COUNT(old) - count >= zone->uz_max_items))
3945                 return;
3946
3947         /*
3948          * Moderate the rate of wakeups.  Sleepers will continue
3949          * to generate wakeups if necessary.
3950          */
3951         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
3952 }
3953
3954 static uma_bucket_t
3955 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3956 {
3957         uma_bucket_t bucket;
3958         int maxbucket, cnt;
3959
3960         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_bucket zone %s(%p) domain %d", zone->uz_name,
3961             zone, domain);
3962
3963         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
3964         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3965                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3966         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
3967                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3968
3969         if (zone->uz_max_items > 0)
3970                 maxbucket = zone_alloc_limit(zone, zone->uz_bucket_size,
3971                     M_NOWAIT);
3972         else
3973                 maxbucket = zone->uz_bucket_size;
3974         if (maxbucket == 0)
3975                 return (false);
3976
3977         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
3978         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
3979         if (bucket == NULL) {
3980                 cnt = 0;
3981                 goto out;
3982         }
3983
3984         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
3985             MIN(maxbucket, bucket->ub_entries), domain, flags);
3986
3987         /*
3988          * Initialize the memory if necessary.
3989          */
3990         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
3991                 int i;
3992
3993                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
3994                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
3995                             flags) != 0)
3996                                 break;
3997                 /*
3998                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
3999                  * rest back onto the freelist.
4000                  */
4001                 if (i != bucket->ub_cnt) {
4002                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
4003                             bucket->ub_cnt - i);
4004 #ifdef INVARIANTS
4005                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
4006                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
4007 #endif
4008                         bucket->ub_cnt = i;
4009                 }
4010         }
4011
4012         cnt = bucket->ub_cnt;
4013         if (bucket->ub_cnt == 0) {
4014                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4015                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4016                 bucket = NULL;
4017         }
4018 out:
4019         if (zone->uz_max_items > 0 && cnt < maxbucket)
4020                 zone_free_limit(zone, maxbucket - cnt);
4021
4022         return (bucket);
4023 }
4024
4025 /*
4026  * Allocates a single item from a zone.
4027  *
4028  * Arguments
4029  *      zone   The zone to alloc for.
4030  *      udata  The data to be passed to the constructor.
4031  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
4032  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
4033  *
4034  * Returns
4035  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
4036  *      An item if successful
4037  */
4038
4039 static void *
4040 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
4041 {
4042         void *item;
4043
4044         if (zone->uz_max_items > 0 && zone_alloc_limit(zone, 1, flags) == 0) {
4045                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4046                 return (NULL);
4047         }
4048
4049         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
4050         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
4051                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4052
4053         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
4054                 goto fail_cnt;
4055
4056         /*
4057          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
4058          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
4059          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
4060          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
4061          */
4062         if (zone->uz_init != NULL) {
4063                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
4064                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
4065                         goto fail_cnt;
4066                 }
4067         }
4068         item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata, flags,
4069             item);
4070         if (item == NULL)
4071                 goto fail;
4072
4073         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
4074         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
4075             zone->uz_name, zone);
4076
4077         return (item);
4078
4079 fail_cnt:
4080         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4081 fail:
4082         if (zone->uz_max_items > 0)
4083                 zone_free_limit(zone, 1);
4084         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
4085             zone->uz_name, zone);
4086
4087         return (NULL);
4088 }
4089
4090 /* See uma.h */
4091 void
4092 uma_zfree_smr(uma_zone_t zone, void *item)
4093 {
4094         uma_cache_t cache;
4095         uma_cache_bucket_t bucket;
4096         int itemdomain, uz_flags;
4097
4098 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4099         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
4100             ("uma_zfree_smr: called with non-SMR zone."));
4101         KASSERT(item != NULL, ("uma_zfree_smr: Called with NULL pointer."));
4102         SMR_ASSERT_NOT_ENTERED(zone->uz_smr);
4103         if (uma_zfree_debug(zone, item, NULL) == EJUSTRETURN)
4104                 return;
4105 #endif
4106         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4107         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4108         itemdomain = 0;
4109 #ifdef NUMA
4110         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4111                 itemdomain = item_domain(item);
4112 #endif
4113         critical_enter();
4114         do {
4115                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4116                 /* SMR Zones must free to the free bucket. */
4117                 bucket = &cache->uc_freebucket;
4118 #ifdef NUMA
4119                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4120                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4121                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4122                 }
4123 #endif
4124                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4125                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4126                         critical_exit();
4127                         return;
4128                 }
4129         } while (cache_free(zone, cache, NULL, item, itemdomain));
4130         critical_exit();
4131
4132         /*
4133          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4134          */
4135         zone_free_item(zone, item, NULL, SKIP_NONE);
4136 }
4137
4138 /* See uma.h */
4139 void
4140 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
4141 {
4142         uma_cache_t cache;
4143         uma_cache_bucket_t bucket;
4144         int itemdomain, uz_flags;
4145
4146         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
4147         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
4148
4149         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg zone %s(%p)", zone->uz_name, zone);
4150
4151 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4152         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4153             ("uma_zfree_arg: called with SMR zone."));
4154         if (uma_zfree_debug(zone, item, udata) == EJUSTRETURN)
4155                 return;
4156 #endif
4157         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
4158         if (item == NULL)
4159                 return;
4160
4161         /*
4162          * We are accessing the per-cpu cache without a critical section to
4163          * fetch size and flags.  This is acceptable, if we are preempted we
4164          * will simply read another cpu's line.
4165          */
4166         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4167         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4168         if (UMA_ALWAYS_CTORDTOR ||
4169             __predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0))
4170                 item_dtor(zone, item, cache_uz_size(cache), udata, SKIP_NONE);
4171
4172         /*
4173          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
4174          * a little longer for the limits to be reset.
4175          */
4176         if (__predict_false(uz_flags & UMA_ZFLAG_LIMIT)) {
4177                 if (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0)
4178                         goto zfree_item;
4179         }
4180
4181         /*
4182          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
4183          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
4184          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
4185          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
4186          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
4187          * preemption and migration.  We release the critical section in
4188          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
4189          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
4190          * detect and handle migration if it has occurred.
4191          */
4192         itemdomain = 0;
4193 #ifdef NUMA
4194         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4195                 itemdomain = item_domain(item);
4196 #endif
4197         critical_enter();
4198         do {
4199                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4200                 /*
4201                  * Try to free into the allocbucket first to give LIFO
4202                  * ordering for cache-hot datastructures.  Spill over
4203                  * into the freebucket if necessary.  Alloc will swap
4204                  * them if one runs dry.
4205                  */
4206                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
4207 #ifdef NUMA
4208                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4209                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4210                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4211                 } else
4212 #endif
4213                 if (bucket->ucb_cnt == bucket->ucb_entries &&
4214                    cache->uc_freebucket.ucb_cnt <
4215                    cache->uc_freebucket.ucb_entries)
4216                         cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
4217                             &cache->uc_allocbucket);
4218                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4219                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4220                         critical_exit();
4221                         return;
4222                 }
4223         } while (cache_free(zone, cache, udata, item, itemdomain));
4224         critical_exit();
4225
4226         /*
4227          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4228          */
4229 zfree_item:
4230         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
4231 }
4232
4233 #ifdef NUMA
4234 /*
4235  * sort crossdomain free buckets to domain correct buckets and cache
4236  * them.
4237  */
4238 static void
4239 zone_free_cross(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
4240 {
4241         struct uma_bucketlist emptybuckets, fullbuckets;
4242         uma_zone_domain_t zdom;
4243         uma_bucket_t b;
4244         smr_seq_t seq;
4245         void *item;
4246         int domain;
4247
4248         CTR3(KTR_UMA,
4249             "uma_zfree: zone %s(%p) draining cross bucket %p",
4250             zone->uz_name, zone, bucket);
4251
4252         /*
4253          * It is possible for buckets to arrive here out of order so we fetch
4254          * the current smr seq rather than accepting the bucket's.
4255          */
4256         seq = SMR_SEQ_INVALID;
4257         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
4258                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4259
4260         /*
4261          * To avoid having ndomain * ndomain buckets for sorting we have a
4262          * lock on the current crossfree bucket.  A full matrix with
4263          * per-domain locking could be used if necessary.
4264          */
4265         STAILQ_INIT(&emptybuckets);
4266         STAILQ_INIT(&fullbuckets);
4267         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4268         for (; bucket->ub_cnt > 0; bucket->ub_cnt--) {
4269                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
4270                 domain = item_domain(item);
4271                 zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
4272                 if (zdom->uzd_cross == NULL) {
4273                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4274                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4275                                 zdom->uzd_cross = b;
4276                         } else {
4277                                 /*
4278                                  * Avoid allocating a bucket with the cross lock
4279                                  * held, since allocation can trigger a
4280                                  * cross-domain free and bucket zones may
4281                                  * allocate from each other.
4282                                  */
4283                                 ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4284                                 b = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4285                                 if (b == NULL)
4286                                         goto out;
4287                                 ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4288                                 if (zdom->uzd_cross != NULL) {
4289                                         STAILQ_INSERT_HEAD(&emptybuckets, b,
4290                                             ub_link);
4291                                 } else {
4292                                         zdom->uzd_cross = b;
4293                                 }
4294                         }
4295                 }
4296                 b = zdom->uzd_cross;
4297                 b->ub_bucket[b->ub_cnt++] = item;
4298                 b->ub_seq = seq;
4299                 if (b->ub_cnt == b->ub_entries) {
4300                         STAILQ_INSERT_HEAD(&fullbuckets, b, ub_link);
4301                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL)
4302                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4303                         zdom->uzd_cross = b;
4304                 }
4305         }
4306         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4307 out:
4308         if (bucket->ub_cnt == 0)
4309                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
4310         bucket_free(zone, bucket, udata);
4311
4312         while ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4313                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4314                 bucket_free(zone, b, udata);
4315         }
4316         while ((b = STAILQ_FIRST(&fullbuckets)) != NULL) {
4317                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&fullbuckets, ub_link);
4318                 domain = item_domain(b->ub_bucket[0]);
4319                 zone_put_bucket(zone, domain, b, udata, true);
4320         }
4321 }
4322 #endif
4323
4324 static void
4325 zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
4326     int itemdomain, bool ws)
4327 {
4328
4329 #ifdef NUMA
4330         /*
4331          * Buckets coming from the wrong domain will be entirely for the
4332          * only other domain on two domain systems.  In this case we can
4333          * simply cache them.  Otherwise we need to sort them back to
4334          * correct domains.
4335          */
4336         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4337             vm_ndomains > 2 && PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4338                 zone_free_cross(zone, bucket, udata);
4339                 return;
4340         }
4341 #endif
4342
4343         /*
4344          * Attempt to save the bucket in the zone's domain bucket cache.
4345          */
4346         CTR3(KTR_UMA,
4347             "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
4348             zone->uz_name, zone, bucket);
4349         /* ub_cnt is pointing to the last free item */
4350         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
4351                 itemdomain = zone_domain_lowest(zone, itemdomain);
4352         zone_put_bucket(zone, itemdomain, bucket, udata, ws);
4353 }
4354
4355 /*
4356  * Populate a free or cross bucket for the current cpu cache.  Free any
4357  * existing full bucket either to the zone cache or back to the slab layer.
4358  *
4359  * Enters and returns in a critical section.  false return indicates that
4360  * we can not satisfy this free in the cache layer.  true indicates that
4361  * the caller should retry.
4362  */
4363 static __noinline bool
4364 cache_free(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, void *item,
4365     int itemdomain)
4366 {
4367         uma_cache_bucket_t cbucket;
4368         uma_bucket_t newbucket, bucket;
4369
4370         CRITICAL_ASSERT(curthread);
4371
4372         if (zone->uz_bucket_size == 0)
4373                 return false;
4374
4375         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4376         newbucket = NULL;
4377
4378         /*
4379          * FIRSTTOUCH domains need to free to the correct zdom.  When
4380          * enabled this is the zdom of the item.   The bucket is the
4381          * cross bucket if the current domain and itemdomain do not match.
4382          */
4383         cbucket = &cache->uc_freebucket;
4384 #ifdef NUMA
4385         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4386                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4387                         cbucket = &cache->uc_crossbucket;
4388                         if (cbucket->ucb_cnt != 0)
4389                                 counter_u64_add(zone->uz_xdomain,
4390                                     cbucket->ucb_cnt);
4391                 }
4392         }
4393 #endif
4394         bucket = cache_bucket_unload(cbucket);
4395         KASSERT(bucket == NULL || bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
4396             ("cache_free: Entered with non-full free bucket."));
4397
4398         /* We are no longer associated with this CPU. */
4399         critical_exit();
4400
4401         /*
4402          * Don't let SMR zones operate without a free bucket.  Force
4403          * a synchronize and re-use this one.  We will only degrade
4404          * to a synchronize every bucket_size items rather than every
4405          * item if we fail to allocate a bucket.
4406          */
4407         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0) {
4408                 if (bucket != NULL)
4409                         bucket->ub_seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4410                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4411                 if (newbucket == NULL && bucket != NULL) {
4412                         bucket_drain(zone, bucket);
4413                         newbucket = bucket;
4414                         bucket = NULL;
4415                 }
4416         } else if (!bucketdisable)
4417                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4418
4419         if (bucket != NULL)
4420                 zone_free_bucket(zone, bucket, udata, itemdomain, true);
4421
4422         critical_enter();
4423         if ((bucket = newbucket) == NULL)
4424                 return (false);
4425         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4426 #ifdef NUMA
4427         /*
4428          * Check to see if we should be populating the cross bucket.  If it
4429          * is already populated we will fall through and attempt to populate
4430          * the free bucket.
4431          */
4432         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4433                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain &&
4434                     cache->uc_crossbucket.ucb_bucket == NULL) {
4435                         cache_bucket_load_cross(cache, bucket);
4436                         return (true);
4437                 }
4438         }
4439 #endif
4440         /*
4441          * We may have lost the race to fill the bucket or switched CPUs.
4442          */
4443         if (cache->uc_freebucket.ucb_bucket != NULL) {
4444                 critical_exit();
4445                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4446                 critical_enter();
4447         } else
4448                 cache_bucket_load_free(cache, bucket);
4449
4450         return (true);
4451 }
4452
4453 static void
4454 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4455 {
4456         uma_keg_t keg;
4457         uma_domain_t dom;
4458         int freei;
4459
4460         keg = zone->uz_keg;
4461         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
4462
4463         /* Do we need to remove from any lists? */
4464         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4465         if (slab->us_freecount + 1 == keg->uk_ipers) {
4466                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4467                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
4468                 dom->ud_free_slabs++;
4469         } else if (slab->us_freecount == 0) {
4470                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4471                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
4472         }
4473
4474         /* Slab management. */
4475         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
4476         BIT_SET(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
4477         slab->us_freecount++;
4478
4479         /* Keg statistics. */
4480         dom->ud_free_items++;
4481 }
4482
4483 static void
4484 zone_release(void *arg, void **bucket, int cnt)
4485 {
4486         struct mtx *lock;
4487         uma_zone_t zone;
4488         uma_slab_t slab;
4489         uma_keg_t keg;
4490         uint8_t *mem;
4491         void *item;
4492         int i;
4493
4494         zone = arg;
4495         keg = zone->uz_keg;
4496         lock = NULL;
4497         if (__predict_false((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0))
4498                 lock = KEG_LOCK(keg, 0);
4499         for (i = 0; i < cnt; i++) {
4500                 item = bucket[i];
4501                 if (__predict_true((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB) != 0)) {
4502                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
4503                 } else {
4504                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4505                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
4506                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4507                         else
4508                                 slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4509                 }
4510                 if (lock != KEG_LOCKPTR(keg, slab->us_domain)) {
4511                         if (lock != NULL)
4512                                 mtx_unlock(lock);
4513                         lock = KEG_LOCK(keg, slab->us_domain);
4514                 }
4515                 slab_free_item(zone, slab, item);
4516         }
4517         if (lock != NULL)
4518                 mtx_unlock(lock);
4519 }
4520
4521 /*
4522  * Frees a single item to any zone.
4523  *
4524  * Arguments:
4525  *      zone   The zone to free to
4526  *      item   The item we're freeing
4527  *      udata  User supplied data for the dtor
4528  *      skip   Skip dtors and finis
4529  */
4530 static __noinline void
4531 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
4532 {
4533
4534         /*
4535          * If a free is sent directly to an SMR zone we have to
4536          * synchronize immediately because the item can instantly
4537          * be reallocated. This should only happen in degenerate
4538          * cases when no memory is available for per-cpu caches.
4539          */
4540         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 && skip == SKIP_NONE)
4541                 smr_synchronize(zone->uz_smr);
4542
4543         item_dtor(zone, item, zone->uz_size, udata, skip);
4544
4545         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
4546                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
4547
4548         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
4549
4550         if (skip & SKIP_CNT)
4551                 return;
4552
4553         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
4554
4555         if (zone->uz_max_items > 0)
4556                 zone_free_limit(zone, 1);
4557 }
4558
4559 /* See uma.h */
4560 int
4561 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
4562 {
4563
4564         /*
4565          * If the limit is small, we may need to constrain the maximum per-CPU
4566          * cache size, or disable caching entirely.
4567          */
4568         uma_zone_set_maxcache(zone, nitems);
4569
4570         /*
4571          * XXX This can misbehave if the zone has any allocations with
4572          * no limit and a limit is imposed.  There is currently no
4573          * way to clear a limit.
4574          */
4575         ZONE_LOCK(zone);
4576         zone->uz_max_items = nitems;
4577         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT;
4578         zone_update_caches(zone);
4579         /* We may need to wake waiters. */
4580         wakeup(&zone->uz_max_items);
4581         ZONE_UNLOCK(zone);
4582
4583         return (nitems);
4584 }
4585
4586 /* See uma.h */
4587 void
4588 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
4589 {
4590         int bpcpu, bpdom, bsize, nb;
4591
4592         ZONE_LOCK(zone);
4593
4594         /*
4595          * Compute a lower bound on the number of items that may be cached in
4596          * the zone.  Each CPU gets at least two buckets, and for cross-domain
4597          * frees we use an additional bucket per CPU and per domain.  Select the
4598          * largest bucket size that does not exceed half of the requested limit,
4599          * with the left over space given to the full bucket cache.
4600          */
4601         bpdom = 0;
4602         bpcpu = 2;
4603 #ifdef NUMA
4604         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 && vm_ndomains > 1) {
4605                 bpcpu++;
4606                 bpdom++;
4607         }
4608 #endif
4609         nb = bpcpu * mp_ncpus + bpdom * vm_ndomains;
4610         bsize = nitems / nb / 2;
4611         if (bsize > BUCKET_MAX)
4612                 bsize = BUCKET_MAX;
4613         else if (bsize == 0 && nitems / nb > 0)
4614                 bsize = 1;
4615         zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = bsize;
4616         if (zone->uz_bucket_size_min > zone->uz_bucket_size_max)
4617                 zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size_max;
4618         zone->uz_bucket_max = nitems - nb * bsize;
4619         ZONE_UNLOCK(zone);
4620 }
4621
4622 /* See uma.h */
4623 int
4624 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
4625 {
4626         int nitems;
4627
4628         nitems = atomic_load_64(&zone->uz_max_items);
4629
4630         return (nitems);
4631 }
4632
4633 /* See uma.h */
4634 void
4635 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
4636 {
4637
4638         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4639         zone->uz_warning = warning;
4640 }
4641
4642 /* See uma.h */
4643 void
4644 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
4645 {
4646
4647         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4648         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
4649 }
4650
4651 /* See uma.h */
4652 int
4653 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
4654 {
4655         int64_t nitems;
4656         u_int i;
4657
4658         nitems = 0;
4659         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER && zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4660                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
4661                     counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4662         CPU_FOREACH(i)
4663                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs) -
4664                     atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4665
4666         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
4667 }
4668
4669 static uint64_t
4670 uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone)
4671 {
4672         uint64_t nitems;
4673         u_int i;
4674
4675         nitems = 0;
4676         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER)
4677                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs);
4678         CPU_FOREACH(i)
4679                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs);
4680
4681         return (nitems);
4682 }
4683
4684 static uint64_t
4685 uma_zone_get_frees(uma_zone_t zone)
4686 {
4687         uint64_t nitems;
4688         u_int i;
4689
4690         nitems = 0;
4691         if (zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4692                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4693         CPU_FOREACH(i)
4694                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4695
4696         return (nitems);
4697 }
4698
4699 #ifdef INVARIANTS
4700 /* Used only for KEG_ASSERT_COLD(). */
4701 static uint64_t
4702 uma_keg_get_allocs(uma_keg_t keg)
4703 {
4704         uma_zone_t z;
4705         uint64_t nitems;
4706
4707         nitems = 0;
4708         LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link)
4709                 nitems += uma_zone_get_allocs(z);
4710
4711         return (nitems);
4712 }
4713 #endif
4714
4715 /* See uma.h */
4716 void
4717 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
4718 {
4719         uma_keg_t keg;
4720
4721         KEG_GET(zone, keg);
4722         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4723         keg->uk_init = uminit;
4724 }
4725
4726 /* See uma.h */
4727 void
4728 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
4729 {
4730         uma_keg_t keg;
4731
4732         KEG_GET(zone, keg);
4733         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4734         keg->uk_fini = fini;
4735 }
4736
4737 /* See uma.h */
4738 void
4739 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
4740 {
4741
4742         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4743         zone->uz_init = zinit;
4744 }
4745
4746 /* See uma.h */
4747 void
4748 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
4749 {
4750
4751         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4752         zone->uz_fini = zfini;
4753 }
4754
4755 /* See uma.h */
4756 void
4757 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
4758 {
4759         uma_keg_t keg;
4760
4761         KEG_GET(zone, keg);
4762         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4763         keg->uk_freef = freef;
4764 }
4765
4766 /* See uma.h */
4767 void
4768 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
4769 {
4770         uma_keg_t keg;
4771
4772         KEG_GET(zone, keg);
4773         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4774         keg->uk_allocf = allocf;
4775 }
4776
4777 /* See uma.h */
4778 void
4779 uma_zone_set_smr(uma_zone_t zone, smr_t smr)
4780 {
4781
4782         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4783
4784         KASSERT(smr != NULL, ("Got NULL smr"));
4785         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4786             ("zone %p (%s) already uses SMR", zone, zone->uz_name));
4787         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SMR;
4788         zone->uz_smr = smr;
4789         zone_update_caches(zone);
4790 }
4791
4792 smr_t
4793 uma_zone_get_smr(uma_zone_t zone)
4794 {
4795
4796         return (zone->uz_smr);
4797 }
4798
4799 /* See uma.h */
4800 void
4801 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
4802 {
4803         uma_keg_t keg;
4804
4805         KEG_GET(zone, keg);
4806         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4807         keg->uk_reserve = items;
4808 }
4809
4810 /* See uma.h */
4811 int
4812 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
4813 {
4814         uma_keg_t keg;
4815         vm_offset_t kva;
4816         u_int pages;
4817
4818         KEG_GET(zone, keg);
4819         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4820         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4821
4822         pages = howmany(count, keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
4823
4824 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4825         if (keg->uk_ppera > 1) {
4826 #else
4827         if (1) {
4828 #endif
4829                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
4830                 if (kva == 0)
4831                         return (0);
4832         } else
4833                 kva = 0;
4834
4835         MPASS(keg->uk_kva == 0);
4836         keg->uk_kva = kva;
4837         keg->uk_offset = 0;
4838         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
4839 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4840         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
4841 #else
4842         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
4843 #endif
4844         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4845         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4846         zone_update_caches(zone);
4847
4848         return (1);
4849 }
4850
4851 /* See uma.h */
4852 void
4853 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
4854 {
4855         struct vm_domainset_iter di;
4856         uma_domain_t dom;
4857         uma_slab_t slab;
4858         uma_keg_t keg;
4859         int aflags, domain, slabs;
4860
4861         KEG_GET(zone, keg);
4862         slabs = howmany(items, keg->uk_ipers);
4863         while (slabs-- > 0) {
4864                 aflags = M_NOWAIT;
4865                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
4866                     &aflags);
4867                 for (;;) {
4868                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
4869                             aflags);
4870                         if (slab != NULL) {
4871                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4872                                 /*
4873                                  * keg_alloc_slab() always returns a slab on the
4874                                  * partial list.
4875                                  */
4876                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4877                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
4878                                     us_link);
4879                                 dom->ud_free_slabs++;
4880                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
4881                                 break;
4882                         }
4883                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
4884                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
4885                 }
4886         }
4887 }
4888
4889 /*
4890  * Returns a snapshot of memory consumption in bytes.
4891  */
4892 size_t
4893 uma_zone_memory(uma_zone_t zone)
4894 {
4895         size_t sz;
4896         int i;
4897
4898         sz = 0;
4899         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) {
4900                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4901                         sz += ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
4902                 return (sz * zone->uz_size);
4903         }
4904         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4905                 sz += zone->uz_keg->uk_domain[i].ud_pages;
4906
4907         return (sz * PAGE_SIZE);
4908 }
4909
4910 /* See uma.h */
4911 void
4912 uma_reclaim(int req)
4913 {
4914
4915         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
4916         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
4917         bucket_enable();
4918
4919         switch (req) {
4920         case UMA_RECLAIM_TRIM:
4921                 zone_foreach(zone_trim, NULL);
4922                 break;
4923         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
4924         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
4925                 zone_foreach(zone_drain, NULL);
4926                 if (req == UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU) {
4927                         pcpu_cache_drain_safe(NULL);
4928                         zone_foreach(zone_drain, NULL);
4929                 }
4930                 break;
4931         default:
4932                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
4933         }
4934
4935         /*
4936          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
4937          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
4938          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
4939          */
4940         zone_drain(slabzones[0], NULL);
4941         zone_drain(slabzones[1], NULL);
4942         bucket_zone_drain();
4943         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
4944 }
4945
4946 static volatile int uma_reclaim_needed;
4947
4948 void
4949 uma_reclaim_wakeup(void)
4950 {
4951
4952         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
4953                 wakeup(uma_reclaim);
4954 }
4955
4956 void
4957 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
4958 {
4959
4960         for (;;) {
4961                 sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
4962                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
4963                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_reclaim_lock, PVM, "umarcl",
4964                             hz);
4965                 sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
4966                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
4967                 uma_reclaim(UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU);
4968                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
4969                 /* Don't fire more than once per-second. */
4970                 pause("umarclslp", hz);
4971         }
4972 }
4973
4974 /* See uma.h */
4975 void
4976 uma_zone_reclaim(uma_zone_t zone, int req)
4977 {
4978
4979         switch (req) {
4980         case UMA_RECLAIM_TRIM:
4981                 zone_trim(zone, NULL);
4982                 break;
4983         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
4984                 zone_drain(zone, NULL);
4985                 break;
4986         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
4987                 pcpu_cache_drain_safe(zone);
4988                 zone_drain(zone, NULL);
4989                 break;
4990         default:
4991                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
4992         }
4993 }
4994
4995 /* See uma.h */
4996 int
4997 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
4998 {
4999
5000         return (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0);
5001 }
5002
5003 unsigned long
5004 uma_limit(void)
5005 {
5006
5007         return (uma_kmem_limit);
5008 }
5009
5010 void
5011 uma_set_limit(unsigned long limit)
5012 {
5013
5014         uma_kmem_limit = limit;
5015 }
5016
5017 unsigned long
5018 uma_size(void)
5019 {
5020
5021         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
5022 }
5023
5024 long
5025 uma_avail(void)
5026 {
5027
5028         return (uma_kmem_limit - uma_size());
5029 }
5030
5031 #ifdef DDB
5032 /*
5033  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
5034  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
5035  *
5036  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
5037  * per-CPU cache statistic.
5038  *
5039  */
5040 static void
5041 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
5042     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp, uint64_t *xdomainp)
5043 {
5044         uma_cache_t cache;
5045         uint64_t allocs, frees, sleeps, xdomain;
5046         int cachefree, cpu;
5047
5048         allocs = frees = sleeps = xdomain = 0;
5049         cachefree = 0;
5050         CPU_FOREACH(cpu) {
5051                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
5052                 cachefree += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5053                 cachefree += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5054                 xdomain += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5055                 cachefree += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5056                 allocs += cache->uc_allocs;
5057                 frees += cache->uc_frees;
5058         }
5059         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5060         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5061         xdomain += counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5062         sleeps += z->uz_sleeps;
5063         if (cachefreep != NULL)
5064                 *cachefreep = cachefree;
5065         if (allocsp != NULL)
5066                 *allocsp = allocs;
5067         if (freesp != NULL)
5068                 *freesp = frees;
5069         if (sleepsp != NULL)
5070                 *sleepsp = sleeps;
5071         if (xdomainp != NULL)
5072                 *xdomainp = xdomain;
5073 }
5074 #endif /* DDB */
5075
5076 static int
5077 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5078 {
5079         uma_keg_t kz;
5080         uma_zone_t z;
5081         int count;
5082
5083         count = 0;
5084         rw_rlock(&uma_rwlock);
5085         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5086                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5087                         count++;
5088         }
5089         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5090                 count++;
5091
5092         rw_runlock(&uma_rwlock);
5093         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
5094 }
5095
5096 static void
5097 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
5098     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
5099 {
5100         uma_zone_domain_t zdom;
5101         uma_cache_t cache;
5102         int i;
5103
5104         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5105                 zdom = ZDOM_GET(z, i);
5106                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
5107         }
5108         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5109         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5110         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
5111         uth->uth_xdomain = counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5112         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
5113
5114         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
5115                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
5116                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
5117                         continue;
5118                 cache = &z->uz_cpu[i];
5119                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5120                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5121                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5122                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
5123                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
5124         }
5125 }
5126
5127 static int
5128 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5129 {
5130         struct uma_stream_header ush;
5131         struct uma_type_header uth;
5132         struct uma_percpu_stat *ups;
5133         struct sbuf sbuf;
5134         uma_keg_t kz;
5135         uma_zone_t z;
5136         uint64_t items;
5137         uint32_t kfree, pages;
5138         int count, error, i;
5139
5140         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
5141         if (error != 0)
5142                 return (error);
5143         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
5144         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
5145         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
5146
5147         count = 0;
5148         rw_rlock(&uma_rwlock);
5149         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5150                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5151                         count++;
5152         }
5153
5154         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5155                 count++;
5156
5157         /*
5158          * Insert stream header.
5159          */
5160         bzero(&ush, sizeof(ush));
5161         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
5162         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
5163         ush.ush_count = count;
5164         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
5165
5166         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5167                 kfree = pages = 0;
5168                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5169                         kfree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5170                         pages += kz->uk_domain[i].ud_pages;
5171                 }
5172                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5173                         bzero(&uth, sizeof(uth));
5174                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5175                         uth.uth_align = kz->uk_align;
5176                         uth.uth_size = kz->uk_size;
5177                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
5178                         if (z->uz_max_items > 0) {
5179                                 items = UZ_ITEMS_COUNT(z->uz_items);
5180                                 uth.uth_pages = (items / kz->uk_ipers) *
5181                                         kz->uk_ppera;
5182                         } else
5183                                 uth.uth_pages = pages;
5184                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
5185                             kz->uk_ppera;
5186                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
5187                         uth.uth_keg_free = kfree;
5188
5189                         /*
5190                          * A zone is secondary is it is not the first entry
5191                          * on the keg's zone list.
5192                          */
5193                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5194                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
5195                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
5196                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
5197                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
5198                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5199                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5200                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5201                 }
5202         }
5203         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5204                 bzero(&uth, sizeof(uth));
5205                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5206                 uth.uth_size = z->uz_size;
5207                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
5208                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5209                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5210                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5211         }
5212
5213         rw_runlock(&uma_rwlock);
5214         error = sbuf_finish(&sbuf);
5215         sbuf_delete(&sbuf);
5216         free(ups, M_TEMP);
5217         return (error);
5218 }
5219
5220 int
5221 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5222 {
5223         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5224         int error, max;
5225
5226         max = uma_zone_get_max(zone);
5227         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
5228         if (error || !req->newptr)
5229                 return (error);
5230
5231         uma_zone_set_max(zone, max);
5232
5233         return (0);
5234 }
5235
5236 int
5237 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5238 {
5239         uma_zone_t zone;
5240         int cur;
5241
5242         /*
5243          * Some callers want to add sysctls for global zones that
5244          * may not yet exist so they pass a pointer to a pointer.
5245          */
5246         if (arg2 == 0)
5247                 zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5248         else
5249                 zone = arg1;
5250         cur = uma_zone_get_cur(zone);
5251         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
5252 }
5253
5254 static int
5255 sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5256 {
5257         uma_zone_t zone = arg1;
5258         uint64_t cur;
5259
5260         cur = uma_zone_get_allocs(zone);
5261         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5262 }
5263
5264 static int
5265 sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5266 {
5267         uma_zone_t zone = arg1;
5268         uint64_t cur;
5269
5270         cur = uma_zone_get_frees(zone);
5271         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5272 }
5273
5274 static int
5275 sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5276 {
5277         struct sbuf sbuf;
5278         uma_zone_t zone = arg1;
5279         int error;
5280
5281         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 0, req);
5282         if (zone->uz_flags != 0)
5283                 sbuf_printf(&sbuf, "0x%b", zone->uz_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS);
5284         else
5285                 sbuf_printf(&sbuf, "0");
5286         error = sbuf_finish(&sbuf);
5287         sbuf_delete(&sbuf);
5288
5289         return (error);
5290 }
5291
5292 static int
5293 sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5294 {
5295         uma_keg_t keg = arg1;
5296         int avail, effpct, total;
5297
5298         total = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
5299         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
5300                 total += slabzone(keg->uk_ipers)->uz_keg->uk_rsize;
5301         /*
5302          * We consider the client's requested size and alignment here, not the
5303          * real size determination uk_rsize, because we also adjust the real
5304          * size for internal implementation reasons (max bitset size).
5305          */
5306         avail = keg->uk_ipers * roundup2(keg->uk_size, keg->uk_align + 1);
5307         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
5308                 avail *= mp_maxid + 1;
5309         effpct = 100 * avail / total;
5310         return (sysctl_handle_int(oidp, &effpct, 0, req));
5311 }
5312
5313 static int
5314 sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5315 {
5316         uma_zone_t zone = arg1;
5317         uint64_t cur;
5318
5319         cur = UZ_ITEMS_COUNT(atomic_load_64(&zone->uz_items));
5320         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5321 }
5322
5323 #ifdef INVARIANTS
5324 static uma_slab_t
5325 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
5326 {
5327         uma_slab_t slab;
5328         uma_keg_t keg;
5329         uint8_t *mem;
5330
5331         /*
5332          * It is safe to return the slab here even though the
5333          * zone is unlocked because the item's allocation state
5334          * essentially holds a reference.
5335          */
5336         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
5337         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5338                 return (NULL);
5339         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
5340                 return (vtoslab((vm_offset_t)mem));
5341         keg = zone->uz_keg;
5342         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
5343                 return ((uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff));
5344         KEG_LOCK(keg, 0);
5345         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
5346         KEG_UNLOCK(keg, 0);
5347
5348         return (slab);
5349 }
5350
5351 static bool
5352 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
5353 {
5354
5355         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5356                 return (true);
5357
5358         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
5359 }
5360
5361 static bool
5362 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
5363 {
5364         uintptr_t idx;
5365
5366         if (dbg_divisor == 0)
5367                 return (true);
5368
5369         if (dbg_divisor == 1)
5370                 return (false);
5371
5372         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
5373         if (keg->uk_ipers > 1) {
5374                 idx *= keg->uk_ipers;
5375                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
5376         }
5377
5378         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
5379                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
5380                 return (true);
5381         }
5382         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
5383
5384         return (false);
5385 }
5386
5387 /*
5388  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
5389  *
5390  */
5391 static void
5392 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5393 {
5394         uma_keg_t keg;
5395         int freei;
5396
5397         if (slab == NULL) {
5398                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5399                 if (slab == NULL)
5400                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s",
5401                             item, zone->uz_name);
5402         }
5403         keg = zone->uz_keg;
5404         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5405
5406         if (BIT_TEST_SET_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5407             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5408                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5409                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5410 }
5411
5412 /*
5413  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
5414  * and duplicate frees.
5415  *
5416  */
5417 static void
5418 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5419 {
5420         uma_keg_t keg;
5421         int freei;
5422
5423         if (slab == NULL) {
5424                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5425                 if (slab == NULL)
5426                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s",
5427                             item, zone->uz_name);
5428         }
5429         keg = zone->uz_keg;
5430         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5431
5432         if (freei >= keg->uk_ipers)
5433                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5434                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5435
5436         if (slab_item(slab, keg, freei) != item)
5437                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5438                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5439
5440         if (!BIT_TEST_CLR_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5441             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5442                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5443                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5444 }
5445 #endif /* INVARIANTS */
5446
5447 #ifdef DDB
5448 static int64_t
5449 get_uma_stats(uma_keg_t kz, uma_zone_t z, uint64_t *allocs, uint64_t *used,
5450     uint64_t *sleeps, long *cachefree, uint64_t *xdomain)
5451 {
5452         uint64_t frees;
5453         int i;
5454
5455         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
5456                 *allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5457                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5458                 *sleeps = z->uz_sleeps;
5459                 *cachefree = 0;
5460                 *xdomain = 0;
5461         } else
5462                 uma_zone_sumstat(z, cachefree, allocs, &frees, sleeps,
5463                     xdomain);
5464         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5465                 *cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5466                 if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5467                     (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
5468                         *cachefree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5469         }
5470         *used = *allocs - frees;
5471         return (((int64_t)*used + *cachefree) * kz->uk_size);
5472 }
5473
5474 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
5475 {
5476         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
5477         uma_keg_t kz;
5478         uma_zone_t z;
5479         uint64_t allocs, used, sleeps, xdomain;
5480         long cachefree;
5481         /* variables for sorting */
5482         uma_keg_t cur_keg;
5483         uma_zone_t cur_zone, last_zone;
5484         int64_t cur_size, last_size, size;
5485         int ties;
5486
5487         /* /i option produces machine-parseable CSV output */
5488         if (modif[0] == 'i') {
5489                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s\n";
5490                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jd,%ld,%ju,%ju,%u,%jd,%ju\n";
5491         } else {
5492                 fmt_hdr = "%18s %6s %7s %7s %11s %7s %7s %10s %8s\n";
5493                 fmt_entry = "%18s %6ju %7jd %7ld %11ju %7ju %7u %10jd %8ju\n";
5494         }
5495
5496         db_printf(fmt_hdr, "Zone", "Size", "Used", "Free", "Requests",
5497             "Sleeps", "Bucket", "Total Mem", "XFree");
5498
5499         /* Sort the zones with largest size first. */
5500         last_zone = NULL;
5501         last_size = INT64_MAX;
5502         for (;;) {
5503                 cur_zone = NULL;
5504                 cur_size = -1;
5505                 ties = 0;
5506                 LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5507                         LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5508                                 /*
5509                                  * In the case of size ties, print out zones
5510                                  * in the order they are encountered.  That is,
5511                                  * when we encounter the most recently output
5512                                  * zone, we have already printed all preceding
5513                                  * ties, and we must print all following ties.
5514                                  */
5515                                 if (z == last_zone) {
5516                                         ties = 1;
5517                                         continue;
5518                                 }
5519                                 size = get_uma_stats(kz, z, &allocs, &used,
5520                                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5521                                 if (size > cur_size && size < last_size + ties)
5522                                 {
5523                                         cur_size = size;
5524                                         cur_zone = z;
5525                                         cur_keg = kz;
5526                                 }
5527                         }
5528                 }
5529                 if (cur_zone == NULL)
5530                         break;
5531
5532                 size = get_uma_stats(cur_keg, cur_zone, &allocs, &used,
5533                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5534                 db_printf(fmt_entry, cur_zone->uz_name,
5535                     (uintmax_t)cur_keg->uk_size, (intmax_t)used, cachefree,
5536                     (uintmax_t)allocs, (uintmax_t)sleeps,
5537                     (unsigned)cur_zone->uz_bucket_size, (intmax_t)size,
5538                     xdomain);
5539
5540                 if (db_pager_quit)
5541                         return;
5542                 last_zone = cur_zone;
5543                 last_size = cur_size;
5544         }
5545 }
5546
5547 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
5548 {
5549         uma_zone_t z;
5550         uint64_t allocs, frees;
5551         long cachefree;
5552         int i;
5553
5554         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
5555             "Requests", "Bucket");
5556         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5557                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL, NULL);
5558                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
5559                         cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5560                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
5561                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
5562                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
5563                     (uintmax_t)allocs, z->uz_bucket_size);
5564                 if (db_pager_quit)
5565                         return;
5566         }
5567 }
5568 #endif  /* DDB */