sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/smp.h>
  79 #include <sys/taskqueue.h>
  80 #include <sys/vmmeter.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_domainset.h>
  84 #include <vm/vm_object.h>
  85 #include <vm/vm_page.h>
  86 #include <vm/vm_pageout.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_phys.h>
  89 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_extern.h>
  93 #include <vm/uma.h>
  94 #include <vm/uma_int.h>
  95 #include <vm/uma_dbg.h>
  96
  97 #include <ddb/ddb.h>
  98
  99 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 100 #include <vm/memguard.h>
 101 #endif
 102
 103 /*
 104  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 105  */
 106 static uma_zone_t kegs;
 107 static uma_zone_t zones;
 108
 109 /* This is the zone from which all offpage uma_slab_ts are allocated. */
 110 static uma_zone_t slabzone;
 111
 112 /*
 113  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 114  * prior to malloc coming up.
 115  */
 116 static uma_zone_t hashzone;
 117
 118 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 119 int uma_align_cache = 64 - 1;
 120
 121 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 122
 123 /*
 124  * Are we allowed to allocate buckets?
 125  */
 126 static int bucketdisable = 1;
 127
 128 /* Linked list of all kegs in the system */
 129 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 130
 131 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 132 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 133     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 134
 135 /* This RW lock protects the keg list */
 136 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 137
 138 /*
 139  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
 140  * startup to bootstrap UMA.
 141  */
 142 static char *bootmem;
 143 static int boot_pages;
 144
 145 static struct sx uma_drain_lock;
 146
 147 /* kmem soft limit. */
 148 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 149 static volatile unsigned long uma_kmem_total;
 150
 151 /* Is the VM done starting up? */
 152 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 153     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 154
 155 /*
 156  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 157  * outside of the allocation fast path.
 158  */
 159 static struct callout uma_callout;
 160 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 161
 162 /*
 163  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 164  * a special allocation function just for zones.
 165  */
 166 struct uma_zctor_args {
 167         const char *name;
 168         size_t size;
 169         uma_ctor ctor;
 170         uma_dtor dtor;
 171         uma_init uminit;
 172         uma_fini fini;
 173         uma_import import;
 174         uma_release release;
 175         void *arg;
 176         uma_keg_t keg;
 177         int align;
 178         uint32_t flags;
 179 };
 180
 181 struct uma_kctor_args {
 182         uma_zone_t zone;
 183         size_t size;
 184         uma_init uminit;
 185         uma_fini fini;
 186         int align;
 187         uint32_t flags;
 188 };
 189
 190 struct uma_bucket_zone {
 191         uma_zone_t      ubz_zone;
 192         char            *ubz_name;
 193         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 194         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 195 };
 196
 197 /*
 198  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 199  * of two sizes for more efficient space utilization.
 200  */
 201 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 202     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 203
 204 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 205
 206 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 207         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 208         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 209         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 210         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 211         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 212         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 213         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 214         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 215         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 216         { NULL, NULL, 0}
 217 };
 218
 219 /*
 220  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 221  */
 222 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
 223
 224 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 225
 226 /* Prototypes.. */
 227
 228 int     uma_startup_count(int);
 229 void    uma_startup(void *, int);
 230 void    uma_startup1(void);
 231 void    uma_startup2(void);
 232
 233 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 234 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 235 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 236 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 237 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 238 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 239 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int);
 240 static void cache_drain(uma_zone_t);
 241 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 242 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 243 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 244 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 245 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 246 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 247 static int zero_init(void *, int, int);
 248 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 249 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 250 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 251 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 252 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
 253 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 254 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 255 static void uma_timeout(void *);
 256 static void uma_startup3(void);
 257 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 258 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 259 static void bucket_enable(void);
 260 static void bucket_init(void);
 261 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 262 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 263 static void bucket_zone_drain(void);
 264 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 265 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 266 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 267 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 268 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
 269 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 270     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 271 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 272 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 273 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 274
 275 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 276 void uma_print_stats(void);
 277 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 278 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 279
 280 #ifdef INVARIANTS
 281 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 282 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 283 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 284 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 285
 286 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 287     "Memory allocation debugging");
 288
 289 static u_int dbg_divisor = 1;
 290 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 291     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 292     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 293
 294 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 295 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 296 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 297     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 298 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 299     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 300 #endif
 301
 302 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 303
 304 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 305     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 306
 307 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 308     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 309
 310 static int zone_warnings = 1;
 311 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 312     "Warn when UMA zones becomes full");
 313
 314 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 315 static inline void
 316 uma_total_dec(unsigned long size)
 317 {
 318
 319         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 320 }
 321
 322 static inline void
 323 uma_total_inc(unsigned long size)
 324 {
 325
 326         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 327                 uma_reclaim_wakeup();
 328 }
 329
 330 /*
 331  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 332  */
 333 static void
 334 bucket_enable(void)
 335 {
 336         bucketdisable = vm_page_count_min();
 337 }
 338
 339 /*
 340  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 341  *
 342  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 343  * of the header and an array of pointers.
 344  */
 345 static void
 346 bucket_init(void)
 347 {
 348         struct uma_bucket_zone *ubz;
 349         int size;
 350
 351         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 352                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 353                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 354                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 355                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 356                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 357         }
 358 }
 359
 360 /*
 361  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 362  * to allocate the bucket.
 363  */
 364 static struct uma_bucket_zone *
 365 bucket_zone_lookup(int entries)
 366 {
 367         struct uma_bucket_zone *ubz;
 368
 369         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 370                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 371                         return (ubz);
 372         ubz--;
 373         return (ubz);
 374 }
 375
 376 static int
 377 bucket_select(int size)
 378 {
 379         struct uma_bucket_zone *ubz;
 380
 381         ubz = &bucket_zones[0];
 382         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 383                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 384
 385         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 386                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 387                         break;
 388         ubz--;
 389         return (ubz->ubz_entries);
 390 }
 391
 392 static uma_bucket_t
 393 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 394 {
 395         struct uma_bucket_zone *ubz;
 396         uma_bucket_t bucket;
 397
 398         /*
 399          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 400          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 401          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 402          * low memory situations.
 403          */
 404         if (bucketdisable)
 405                 return (NULL);
 406         /*
 407          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 408          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 409          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 410          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 411          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 412          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 413          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 414          * free path.
 415          */
 416         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 417                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 418         else {
 419                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 420                         return (NULL);
 421                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 422         }
 423         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 424                 flags |= M_NOVM;
 425         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 426         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 427                 ubz++;
 428         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 429         if (bucket) {
 430 #ifdef INVARIANTS
 431                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 432 #endif
 433                 bucket->ub_cnt = 0;
 434                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 435         }
 436
 437         return (bucket);
 438 }
 439
 440 static void
 441 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 442 {
 443         struct uma_bucket_zone *ubz;
 444
 445         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 446             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 447         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 448                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 449         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 450         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 451 }
 452
 453 static void
 454 bucket_zone_drain(void)
 455 {
 456         struct uma_bucket_zone *ubz;
 457
 458         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 459                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 460 }
 461
 462 static uma_bucket_t
 463 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
 464 {
 465         uma_bucket_t bucket;
 466
 467         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 468
 469         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 470                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
 471                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 472                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 473                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 474                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 475         }
 476         return (bucket);
 477 }
 478
 479 static void
 480 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, uma_bucket_t bucket,
 481     const bool ws)
 482 {
 483
 484         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 485
 486         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 487         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 488         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
 489                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
 490 }
 491
 492 static void
 493 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 494 {
 495         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 496
 497         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 498                 return;
 499
 500         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 501                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 502 }
 503
 504 static inline void
 505 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 506 {
 507
 508         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 509                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 510 }
 511
 512 static void
 513 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
 514 {
 515         uma_klink_t klink;
 516
 517         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
 518                 kegfn(klink->kl_keg);
 519 }
 520
 521 /*
 522  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 523  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 524  *
 525  * Arguments:
 526  *      arg   Unused
 527  *
 528  * Returns:
 529  *      Nothing
 530  */
 531 static void
 532 uma_timeout(void *unused)
 533 {
 534         bucket_enable();
 535         zone_foreach(zone_timeout);
 536
 537         /* Reschedule this event */
 538         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 539 }
 540
 541 /*
 542  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 543  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 544  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 545  * last 100s.
 546  */
 547 static void
 548 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 549 {
 550         long wss;
 551
 552         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 553         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 554         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 555         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
 556 }
 557
 558 /*
 559  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 560  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 561  *
 562  *  Returns nothing.
 563  */
 564 static void
 565 keg_timeout(uma_keg_t keg)
 566 {
 567
 568         KEG_LOCK(keg);
 569         /*
 570          * Expand the keg hash table.
 571          *
 572          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 573          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 574          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 575          */
 576         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 577             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 578                 struct uma_hash newhash;
 579                 struct uma_hash oldhash;
 580                 int ret;
 581
 582                 /*
 583                  * This is so involved because allocating and freeing
 584                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 585                  * I have to do everything in stages and check for
 586                  * races.
 587                  */
 588                 newhash = keg->uk_hash;
 589                 KEG_UNLOCK(keg);
 590                 ret = hash_alloc(&newhash);
 591                 KEG_LOCK(keg);
 592                 if (ret) {
 593                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 594                                 oldhash = keg->uk_hash;
 595                                 keg->uk_hash = newhash;
 596                         } else
 597                                 oldhash = newhash;
 598
 599                         KEG_UNLOCK(keg);
 600                         hash_free(&oldhash);
 601                         return;
 602                 }
 603         }
 604         KEG_UNLOCK(keg);
 605 }
 606
 607 static void
 608 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 609 {
 610         int i;
 611
 612         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
 613
 614         ZONE_LOCK(zone);
 615         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 616                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
 617         ZONE_UNLOCK(zone);
 618 }
 619
 620 /*
 621  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 622  * backing store.
 623  *
 624  * Arguments:
 625  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 626  *
 627  * Returns:
 628  *      1 on success and 0 on failure.
 629  */
 630 static int
 631 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
 632 {
 633         int oldsize;
 634         int alloc;
 635
 636         oldsize = hash->uh_hashsize;
 637
 638         /* We're just going to go to a power of two greater */
 639         if (oldsize)  {
 640                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
 641                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 642                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 643                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 644         } else {
 645                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 646                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 647                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 648                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 649         }
 650         if (hash->uh_slab_hash) {
 651                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 652                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 653                 return (1);
 654         }
 655
 656         return (0);
 657 }
 658
 659 /*
 660  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 661  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 662  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 663  *
 664  * Arguments:
 665  *      oldhash  The hash you want to expand
 666  *      newhash  The hash structure for the new table
 667  *
 668  * Returns:
 669  *      Nothing
 670  *
 671  * Discussion:
 672  */
 673 static int
 674 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 675 {
 676         uma_slab_t slab;
 677         int hval;
 678         int i;
 679
 680         if (!newhash->uh_slab_hash)
 681                 return (0);
 682
 683         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 684                 return (0);
 685
 686         /*
 687          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 688          * full rehash.
 689          */
 690
 691         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
 692                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
 693                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
 694                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
 695                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 696                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 697                             slab, us_hlink);
 698                 }
 699
 700         return (1);
 701 }
 702
 703 /*
 704  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 705  *
 706  * Arguments:
 707  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 708  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 709  *
 710  * Returns:
 711  *      Nothing
 712  */
 713 static void
 714 hash_free(struct uma_hash *hash)
 715 {
 716         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 717                 return;
 718         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 719                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 720         else
 721                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 722 }
 723
 724 /*
 725  * Frees all outstanding items in a bucket
 726  *
 727  * Arguments:
 728  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 729  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 730  *
 731  * Returns:
 732  *      Nothing
 733  */
 734
 735 static void
 736 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 737 {
 738         int i;
 739
 740         if (bucket == NULL)
 741                 return;
 742
 743         if (zone->uz_fini)
 744                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 745                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 746         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 747         bucket->ub_cnt = 0;
 748 }
 749
 750 /*
 751  * Drains the per cpu caches for a zone.
 752  *
 753  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 754  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 755  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 756  *
 757  * Arguments:
 758  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 759  *
 760  * Returns:
 761  *      Nothing
 762  */
 763 static void
 764 cache_drain(uma_zone_t zone)
 765 {
 766         uma_cache_t cache;
 767         int cpu;
 768
 769         /*
 770          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 771          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 772          * of the caches at this point.
 773          *
 774          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 775          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 776          *
 777          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 778          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 779          * there in some form?
 780          */
 781         CPU_FOREACH(cpu) {
 782                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 783                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 784                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 785                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 786                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 787                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 788                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 789                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 790         }
 791         ZONE_LOCK(zone);
 792         bucket_cache_drain(zone);
 793         ZONE_UNLOCK(zone);
 794 }
 795
 796 static void
 797 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 798 {
 799
 800         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 801                 return;
 802
 803         ZONE_LOCK(zone);
 804         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 805         ZONE_UNLOCK(zone);
 806 }
 807
 808 static void
 809 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 810 {
 811         uma_cache_t cache;
 812         uma_bucket_t b1, b2;
 813         int domain;
 814
 815         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 816                 return;
 817
 818         b1 = b2 = NULL;
 819         ZONE_LOCK(zone);
 820         critical_enter();
 821         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 822                 domain = PCPU_GET(domain);
 823         else
 824                 domain = 0;
 825         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 826         if (cache->uc_allocbucket) {
 827                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 828                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 829                             cache->uc_allocbucket, false);
 830                 else
 831                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 832                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 833         }
 834         if (cache->uc_freebucket) {
 835                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 836                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 837                             cache->uc_freebucket, false);
 838                 else
 839                         b2 = cache->uc_freebucket;
 840                 cache->uc_freebucket = NULL;
 841         }
 842         critical_exit();
 843         ZONE_UNLOCK(zone);
 844         if (b1)
 845                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 846         if (b2)
 847                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 848 }
 849
 850 /*
 851  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 852  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 853  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 854  * to safely access their cache buckets.
 855  * Zone lock must not be held on call this function.
 856  */
 857 static void
 858 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 859 {
 860         int cpu;
 861
 862         /*
 863          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 864          */
 865         if (zone)
 866                 cache_shrink(zone);
 867         else
 868                 zone_foreach(cache_shrink);
 869
 870         CPU_FOREACH(cpu) {
 871                 thread_lock(curthread);
 872                 sched_bind(curthread, cpu);
 873                 thread_unlock(curthread);
 874
 875                 if (zone)
 876                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 877                 else
 878                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 879         }
 880         thread_lock(curthread);
 881         sched_unbind(curthread);
 882         thread_unlock(curthread);
 883 }
 884
 885 /*
 886  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 887  */
 888 static void
 889 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 890 {
 891         uma_zone_domain_t zdom;
 892         uma_bucket_t bucket;
 893         int i;
 894
 895         /*
 896          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 897          */
 898         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 899                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 900                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
 901                     NULL) {
 902                         ZONE_UNLOCK(zone);
 903                         bucket_drain(zone, bucket);
 904                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 905                         ZONE_LOCK(zone);
 906                 }
 907         }
 908
 909         /*
 910          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 911          * is probably lower then price of global cache drain.
 912          */
 913         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 914                 zone->uz_count--;
 915 }
 916
 917 static void
 918 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 919 {
 920         uint8_t *mem;
 921         int i;
 922         uint8_t flags;
 923
 924         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 925             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 926
 927         mem = slab->us_data;
 928         flags = slab->us_flags;
 929         i = start;
 930         if (keg->uk_fini != NULL) {
 931                 for (i--; i > -1; i--)
 932 #ifdef INVARIANTS
 933                 /*
 934                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 935                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 936                  * which executed trash_dtor.
 937                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 938                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 939                  * invocations.
 940                  */
 941                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 942                     keg->uk_fini != trash_fini)
 943 #endif
 944                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 945                             keg->uk_size);
 946         }
 947         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 948                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 949         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 950         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 951 }
 952
 953 /*
 954  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 955  * the pageout daemon.
 956  *
 957  * Returns nothing.
 958  */
 959 static void
 960 keg_drain(uma_keg_t keg)
 961 {
 962         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 963         uma_domain_t dom;
 964         uma_slab_t slab, tmp;
 965         int i;
 966
 967         /*
 968          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 969          * time
 970          */
 971         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 972                 return;
 973
 974         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 975             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 976         KEG_LOCK(keg);
 977         if (keg->uk_free == 0)
 978                 goto finished;
 979
 980         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 981                 dom = &keg->uk_domain[i];
 982                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 983                         /* We have nowhere to free these to. */
 984                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 985                                 continue;
 986
 987                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
 988                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
 989                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
 990
 991                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
 992                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
 993                                     slab->us_data);
 994
 995                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
 996                 }
 997         }
 998
 999 finished:
1000         KEG_UNLOCK(keg);
1001
1002         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1003                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1004                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1005         }
1006 }
1007
1008 static void
1009 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1010 {
1011
1012         /*
1013          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1014          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1015          * is the only call that knows the structure will still be available
1016          * when it wakes up.
1017          */
1018         ZONE_LOCK(zone);
1019         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1020                 if (waitok == M_NOWAIT)
1021                         goto out;
1022                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1023         }
1024         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1025         bucket_cache_drain(zone);
1026         ZONE_UNLOCK(zone);
1027         /*
1028          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1029          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1030          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1031          */
1032         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
1033         ZONE_LOCK(zone);
1034         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1035         wakeup(zone);
1036 out:
1037         ZONE_UNLOCK(zone);
1038 }
1039
1040 void
1041 zone_drain(uma_zone_t zone)
1042 {
1043
1044         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1045 }
1046
1047 /*
1048  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1049  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1050  * otherwise the keg will be left unlocked.
1051  *
1052  * Arguments:
1053  *      wait  Shall we wait?
1054  *
1055  * Returns:
1056  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1057  *      caller specified M_NOWAIT.
1058  */
1059 static uma_slab_t
1060 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int wait)
1061 {
1062         uma_alloc allocf;
1063         uma_slab_t slab;
1064         unsigned long size;
1065         uint8_t *mem;
1066         uint8_t flags;
1067         int i;
1068
1069         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1070             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1071         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
1072
1073         allocf = keg->uk_allocf;
1074         KEG_UNLOCK(keg);
1075
1076         slab = NULL;
1077         mem = NULL;
1078         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1079                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, wait);
1080                 if (slab == NULL)
1081                         goto out;
1082         }
1083
1084         /*
1085          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1086          * first time they are added to a zone.
1087          *
1088          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1089          */
1090
1091         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1092                 wait |= M_ZERO;
1093         else
1094                 wait &= ~M_ZERO;
1095
1096         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1097                 wait |= M_NODUMP;
1098
1099         /* zone is passed for legacy reasons. */
1100         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1101         mem = allocf(zone, size, domain, &flags, wait);
1102         if (mem == NULL) {
1103                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1104                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1105                 slab = NULL;
1106                 goto out;
1107         }
1108         uma_total_inc(size);
1109
1110         /* Point the slab into the allocated memory */
1111         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1112                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1113
1114         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1115                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1116                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1117
1118         slab->us_keg = keg;
1119         slab->us_data = mem;
1120         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1121         slab->us_flags = flags;
1122         slab->us_domain = domain;
1123         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1124 #ifdef INVARIANTS
1125         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1126 #endif
1127
1128         if (keg->uk_init != NULL) {
1129                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1130                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1131                             keg->uk_size, wait) != 0)
1132                                 break;
1133                 if (i != keg->uk_ipers) {
1134                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1135                         slab = NULL;
1136                         goto out;
1137                 }
1138         }
1139         KEG_LOCK(keg);
1140
1141         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1142             slab, keg->uk_name, keg);
1143
1144         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1145                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1146
1147         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1148         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1149
1150 out:
1151         return (slab);
1152 }
1153
1154 /*
1155  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1156  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1157  * the VM is ready.
1158  */
1159 static void *
1160 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1161     int wait)
1162 {
1163         uma_keg_t keg;
1164         void *mem;
1165         int pages;
1166
1167         keg = zone_first_keg(zone);
1168
1169         /*
1170          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1171          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1172          */
1173         switch (booted) {
1174                 case BOOT_COLD:
1175                 case BOOT_STRAPPED:
1176                         break;
1177                 case BOOT_PAGEALLOC:
1178                         if (keg->uk_ppera > 1)
1179                                 break;
1180                 case BOOT_BUCKETS:
1181                 case BOOT_RUNNING:
1182 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1183                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1184                             page_alloc : uma_small_alloc;
1185 #else
1186                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1187 #endif
1188                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1189         }
1190
1191         /*
1192          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1193          */
1194         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1195         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1196         if (pages > boot_pages)
1197                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1198 #ifdef DIAGNOSTIC
1199         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1200             boot_pages);
1201 #endif
1202         mem = bootmem;
1203         boot_pages -= pages;
1204         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1205         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1206
1207         return (mem);
1208 }
1209
1210 /*
1211  * Allocates a number of pages from the system
1212  *
1213  * Arguments:
1214  *      bytes  The number of bytes requested
1215  *      wait  Shall we wait?
1216  *
1217  * Returns:
1218  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1219  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1220  */
1221 static void *
1222 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1223     int wait)
1224 {
1225         void *p;        /* Returned page */
1226
1227         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1228         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1229
1230         return (p);
1231 }
1232
1233 static void *
1234 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1235     int wait)
1236 {
1237         struct pglist alloctail;
1238         vm_offset_t addr, zkva;
1239         int cpu, flags;
1240         vm_page_t p, p_next;
1241 #ifdef NUMA
1242         struct pcpu *pc;
1243 #endif
1244
1245         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1246
1247         TAILQ_INIT(&alloctail);
1248         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1249             malloc2vm_flags(wait);
1250         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1251         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1252                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1253                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1254                 } else {
1255 #ifndef NUMA
1256                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1257 #else
1258                         pc = pcpu_find(cpu);
1259                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1260                         if (__predict_false(p == NULL))
1261                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1262 #endif
1263                 }
1264                 if (__predict_false(p == NULL))
1265                         goto fail;
1266                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1267         }
1268         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1269                 goto fail;
1270         zkva = addr;
1271         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1272                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1273                 zkva += PAGE_SIZE;
1274         }
1275         return ((void*)addr);
1276  fail:
1277         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1278                 vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1279                 vm_page_free(p);
1280         }
1281         return (NULL);
1282 }
1283
1284 /*
1285  * Allocates a number of pages from within an object
1286  *
1287  * Arguments:
1288  *      bytes  The number of bytes requested
1289  *      wait   Shall we wait?
1290  *
1291  * Returns:
1292  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1293  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1294  */
1295 static void *
1296 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1297     int wait)
1298 {
1299         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1300         u_long npages;
1301         vm_offset_t retkva, zkva;
1302         vm_page_t p, p_next;
1303         uma_keg_t keg;
1304
1305         TAILQ_INIT(&alloctail);
1306         keg = zone_first_keg(zone);
1307
1308         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1309         while (npages > 0) {
1310                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1311                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1312                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1313                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1314                 if (p != NULL) {
1315                         /*
1316                          * Since the page does not belong to an object, its
1317                          * listq is unused.
1318                          */
1319                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1320                         npages--;
1321                         continue;
1322                 }
1323                 /*
1324                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1325                  * exit.
1326                  */
1327                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1328                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1329                         vm_page_free(p);
1330                 }
1331                 return (NULL);
1332         }
1333         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1334         zkva = keg->uk_kva +
1335             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1336         retkva = zkva;
1337         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1338                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1339                 zkva += PAGE_SIZE;
1340         }
1341
1342         return ((void *)retkva);
1343 }
1344
1345 /*
1346  * Frees a number of pages to the system
1347  *
1348  * Arguments:
1349  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1350  *      size  The size of the memory being freed
1351  *      flags The original p->us_flags field
1352  *
1353  * Returns:
1354  *      Nothing
1355  */
1356 static void
1357 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1358 {
1359
1360         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1361                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1362
1363         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1364 }
1365
1366 /*
1367  * Frees pcpu zone allocations
1368  *
1369  * Arguments:
1370  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1371  *      size  The size of the memory being freed
1372  *      flags The original p->us_flags field
1373  *
1374  * Returns:
1375  *      Nothing
1376  */
1377 static void
1378 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1379 {
1380         vm_offset_t sva, curva;
1381         vm_paddr_t paddr;
1382         vm_page_t m;
1383
1384         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1385         sva = (vm_offset_t)mem;
1386         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1387                 paddr = pmap_kextract(curva);
1388                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1389                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
1390                 vm_page_free(m);
1391         }
1392         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1393         kva_free(sva, size);
1394 }
1395
1396
1397 /*
1398  * Zero fill initializer
1399  *
1400  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1401  */
1402 static int
1403 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1404 {
1405         bzero(mem, size);
1406         return (0);
1407 }
1408
1409 /*
1410  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1411  *
1412  * Arguments
1413  *      keg  The zone we should initialize
1414  *
1415  * Returns
1416  *      Nothing
1417  */
1418 static void
1419 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1420 {
1421         u_int rsize;
1422         u_int memused;
1423         u_int wastedspace;
1424         u_int shsize;
1425         u_int slabsize;
1426
1427         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1428                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1429
1430                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1431                 keg->uk_ppera = ncpus;
1432         } else {
1433                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1434                 keg->uk_ppera = 1;
1435         }
1436
1437         /*
1438          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1439          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1440          * allocation bits for we round it up.
1441          */
1442         rsize = keg->uk_size;
1443         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1444                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1445         if (rsize & keg->uk_align)
1446                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1447         keg->uk_rsize = rsize;
1448
1449         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1450             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1451             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1452
1453         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1454                 shsize = 0;
1455         else
1456                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1457
1458         if (rsize <= slabsize - shsize)
1459                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1460         else {
1461                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1462                  * alignment requirement can be relaxed. */
1463                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1464                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1465                 keg->uk_ipers = 1;
1466         }
1467         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1468             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1469
1470         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1471         wastedspace = slabsize - memused;
1472
1473         /*
1474          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1475          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1476          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1477          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1478          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1479          */
1480         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1481             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1482                 return;
1483
1484         /*
1485          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1486          * this if it permits more items per-slab.
1487          *
1488          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1489          * Historically this was not done because the VM could not
1490          * efficiently handle contiguous allocations.
1491          */
1492         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1493             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1494                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1495                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1496                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1497                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1498                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1499                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1500                     "calculated ipers = %d, "
1501                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1502                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1503                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1504                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1505         }
1506
1507         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1508             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1509                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1510 }
1511
1512 /*
1513  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1514  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1515  * more complicated.
1516  *
1517  * Arguments
1518  *      keg  The keg we should initialize
1519  *
1520  * Returns
1521  *      Nothing
1522  */
1523 static void
1524 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1525 {
1526         u_int shsize;
1527
1528         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1529         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1530             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1531         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1532             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1533
1534         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1535         keg->uk_ipers = 1;
1536         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1537
1538         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1539         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1540                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1541                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1542                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1543                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1544
1545                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1546                         /*
1547                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1548                          * we need an extra page per allocation to contain the
1549                          * slab header.
1550                          */
1551                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1552                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1553                         else
1554                                 keg->uk_ppera++;
1555                 }
1556         }
1557
1558         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1559             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1560                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1561 }
1562
1563 static void
1564 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1565 {
1566         int alignsize;
1567         int trailer;
1568         int pages;
1569         int rsize;
1570
1571         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1572             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1573
1574         alignsize = keg->uk_align + 1;
1575         rsize = keg->uk_size;
1576         /*
1577          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1578          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1579          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1580          * would fall on the same boundary every time.
1581          */
1582         if (rsize & keg->uk_align)
1583                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1584         if ((rsize & alignsize) == 0)
1585                 rsize += alignsize;
1586         trailer = rsize - keg->uk_size;
1587         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1588         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1589         keg->uk_rsize = rsize;
1590         keg->uk_ppera = pages;
1591         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1592         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1593         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1594             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1595             keg->uk_ipers));
1596 }
1597
1598 /*
1599  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1600  * the keg onto the global keg list.
1601  *
1602  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1603  *      udata  Actually uma_kctor_args
1604  */
1605 static int
1606 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1607 {
1608         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1609         uma_keg_t keg = mem;
1610         uma_zone_t zone;
1611
1612         bzero(keg, size);
1613         keg->uk_size = arg->size;
1614         keg->uk_init = arg->uminit;
1615         keg->uk_fini = arg->fini;
1616         keg->uk_align = arg->align;
1617         keg->uk_free = 0;
1618         keg->uk_reserve = 0;
1619         keg->uk_pages = 0;
1620         keg->uk_flags = arg->flags;
1621         keg->uk_slabzone = NULL;
1622
1623         /*
1624          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1625          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1626          * iterator is never run.
1627          */
1628         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1629         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1630
1631         /*
1632          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1633          */
1634         zone = arg->zone;
1635         keg->uk_name = zone->uz_name;
1636
1637         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1638                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1639
1640         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1641                 keg->uk_init = zero_init;
1642
1643         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1644                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1645
1646         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1647 #ifdef SMP
1648                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1649 #else
1650                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1651 #endif
1652
1653         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1654                 keg_cachespread_init(keg);
1655         } else {
1656                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1657                         keg_large_init(keg);
1658                 else
1659                         keg_small_init(keg);
1660         }
1661
1662         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1663                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1664
1665         /*
1666          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1667          * startup cache until the vm is ready.
1668          */
1669         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1670                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1671 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1672         else if (keg->uk_ppera == 1)
1673                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1674 #endif
1675         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1676                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1677         else
1678                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1679 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1680         if (keg->uk_ppera == 1)
1681                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1682         else
1683 #endif
1684         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1685                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1686         else
1687                 keg->uk_freef = page_free;
1688
1689         /*
1690          * Initialize keg's lock
1691          */
1692         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1693
1694         /*
1695          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1696          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1697          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1698          */
1699         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1700                 u_int totsize;
1701
1702                 /* Size of the slab struct and free list */
1703                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1704
1705                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1706                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1707                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1708                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1709
1710                 /*
1711                  * The only way the following is possible is if with our
1712                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1713                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1714                  * mathematically possible for all cases, so we make
1715                  * sure here anyway.
1716                  */
1717                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1718                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1719                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1720                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1721                             keg->uk_size);
1722                         panic("UMA slab won't fit.");
1723                 }
1724         }
1725
1726         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1727                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1728
1729         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1730             keg, zone->uz_name, zone,
1731             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1732             keg->uk_free);
1733
1734         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1735
1736         rw_wlock(&uma_rwlock);
1737         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1738         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1739         return (0);
1740 }
1741
1742 /*
1743  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1744  *
1745  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1746  *      udata  Actually uma_zctor_args
1747  */
1748 static int
1749 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1750 {
1751         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1752         uma_zone_t zone = mem;
1753         uma_zone_t z;
1754         uma_keg_t keg;
1755
1756         bzero(zone, size);
1757         zone->uz_name = arg->name;
1758         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1759         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1760         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1761         zone->uz_init = NULL;
1762         zone->uz_fini = NULL;
1763         zone->uz_allocs = 0;
1764         zone->uz_frees = 0;
1765         zone->uz_fails = 0;
1766         zone->uz_sleeps = 0;
1767         zone->uz_count = 0;
1768         zone->uz_count_min = 0;
1769         zone->uz_flags = 0;
1770         zone->uz_warning = NULL;
1771         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1772         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1773         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1774         keg = arg->keg;
1775
1776         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1777
1778         /*
1779          * This is a pure cache zone, no kegs.
1780          */
1781         if (arg->import) {
1782                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1783                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1784                 zone->uz_flags = arg->flags;
1785                 zone->uz_size = arg->size;
1786                 zone->uz_import = arg->import;
1787                 zone->uz_release = arg->release;
1788                 zone->uz_arg = arg->arg;
1789                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1790                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1791                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1792                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1793                 goto out;
1794         }
1795
1796         /*
1797          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1798          */
1799         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1800         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1801         zone->uz_arg = zone;
1802
1803         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1804                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1805                 zone->uz_init = arg->uminit;
1806                 zone->uz_fini = arg->fini;
1807                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1808                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1809                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1810                 ZONE_LOCK(zone);
1811                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1812                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1813                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1814                                 break;
1815                         }
1816                 }
1817                 ZONE_UNLOCK(zone);
1818                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1819         } else if (keg == NULL) {
1820                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1821                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1822                         return (ENOMEM);
1823         } else {
1824                 struct uma_kctor_args karg;
1825                 int error;
1826
1827                 /* We should only be here from uma_startup() */
1828                 karg.size = arg->size;
1829                 karg.uminit = arg->uminit;
1830                 karg.fini = arg->fini;
1831                 karg.align = arg->align;
1832                 karg.flags = arg->flags;
1833                 karg.zone = zone;
1834                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1835                     flags);
1836                 if (error)
1837                         return (error);
1838         }
1839
1840         /*
1841          * Link in the first keg.
1842          */
1843         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1844         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1845         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1846         zone->uz_size = keg->uk_size;
1847         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1848             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1849
1850         /*
1851          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1852          * caches.  If we're internal, bail out here.
1853          */
1854         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1855                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1856                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1857                 return (0);
1858         }
1859
1860 out:
1861         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1862             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1863             ("Invalid zone flag combination"));
1864         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1865                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1866         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1867                 zone->uz_count = 0;
1868         else
1869                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1870         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1871
1872         return (0);
1873 }
1874
1875 /*
1876  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1877  * table and removes the keg from the global list.
1878  *
1879  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1880  *      udata  unused
1881  */
1882 static void
1883 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1884 {
1885         uma_keg_t keg;
1886
1887         keg = (uma_keg_t)arg;
1888         KEG_LOCK(keg);
1889         if (keg->uk_free != 0) {
1890                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1891                     " Lost %d pages of memory.\n",
1892                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1893                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1894         }
1895         KEG_UNLOCK(keg);
1896
1897         hash_free(&keg->uk_hash);
1898
1899         KEG_LOCK_FINI(keg);
1900 }
1901
1902 /*
1903  * Zone header dtor.
1904  *
1905  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1906  *      udata  unused
1907  */
1908 static void
1909 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1910 {
1911         uma_klink_t klink;
1912         uma_zone_t zone;
1913         uma_keg_t keg;
1914
1915         zone = (uma_zone_t)arg;
1916         keg = zone_first_keg(zone);
1917
1918         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1919                 cache_drain(zone);
1920
1921         rw_wlock(&uma_rwlock);
1922         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1923         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1924         /*
1925          * XXX there are some races here where
1926          * the zone can be drained but zone lock
1927          * released and then refilled before we
1928          * remove it... we dont care for now
1929          */
1930         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1931         /*
1932          * Unlink all of our kegs.
1933          */
1934         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1935                 klink->kl_keg = NULL;
1936                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1937                 if (klink == &zone->uz_klink)
1938                         continue;
1939                 free(klink, M_TEMP);
1940         }
1941         /*
1942          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1943          */
1944         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1945                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1946                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1947                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1948                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1949         }
1950         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1951 }
1952
1953 /*
1954  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1955  *
1956  * Arguments:
1957  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1958  *              as an argument.
1959  *
1960  * Returns:
1961  *      Nothing
1962  */
1963 static void
1964 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1965 {
1966         uma_keg_t keg;
1967         uma_zone_t zone;
1968
1969         rw_rlock(&uma_rwlock);
1970         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1971                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1972                         zfunc(zone);
1973         }
1974         rw_runlock(&uma_rwlock);
1975 }
1976
1977 /*
1978  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1979  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1980  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1981  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1982  */
1983 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1984 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1985 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1986 static int zsize, ksize;
1987 int
1988 uma_startup_count(int vm_zones)
1989 {
1990         int zones, pages;
1991
1992         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
1993             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
1994         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
1995             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
1996             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
1997
1998         /*
1999          * Memory for the zone of kegs and its keg,
2000          * and for zone of zones.
2001          */
2002         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
2003             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
2004
2005 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
2006         zones = UMA_BOOT_ZONES;
2007 #else
2008         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
2009         vm_zones = 0;
2010 #endif
2011
2012         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
2013         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE)
2014                 pages += (zones + vm_zones) *
2015                     howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), UMA_SLAB_SIZE);
2016         else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
2017                 pages += zones;
2018         else
2019                 pages += howmany(zones,
2020                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
2021
2022         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
2023         pages += howmany(zones + 1,
2024             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
2025
2026         /*
2027          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
2028          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
2029          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
2030          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2031          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2032          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2033          */
2034         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2035             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2036
2037         return (pages);
2038 }
2039
2040 void
2041 uma_startup(void *mem, int npages)
2042 {
2043         struct uma_zctor_args args;
2044         uma_keg_t masterkeg;
2045         uintptr_t m;
2046
2047 #ifdef DIAGNOSTIC
2048         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2049 #endif
2050
2051         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2052
2053         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2054         m = (uintptr_t)mem;
2055         zones = (uma_zone_t)m;
2056         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2057         kegs = (uma_zone_t)m;
2058         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2059         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2060         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2061         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2062         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2063         mem = (void *)m;
2064
2065         /* "manually" create the initial zone */
2066         memset(&args, 0, sizeof(args));
2067         args.name = "UMA Kegs";
2068         args.size = ksize;
2069         args.ctor = keg_ctor;
2070         args.dtor = keg_dtor;
2071         args.uminit = zero_init;
2072         args.fini = NULL;
2073         args.keg = masterkeg;
2074         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2075         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2076         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2077
2078         bootmem = mem;
2079         boot_pages = npages;
2080
2081         args.name = "UMA Zones";
2082         args.size = zsize;
2083         args.ctor = zone_ctor;
2084         args.dtor = zone_dtor;
2085         args.uminit = zero_init;
2086         args.fini = NULL;
2087         args.keg = NULL;
2088         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2089         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2090         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2091
2092         /* Now make a zone for slab headers */
2093         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2094                                 sizeof(struct uma_slab),
2095                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2096                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2097
2098         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2099             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2100             NULL, NULL, NULL, NULL,
2101             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2102
2103         bucket_init();
2104
2105         booted = BOOT_STRAPPED;
2106 }
2107
2108 void
2109 uma_startup1(void)
2110 {
2111
2112 #ifdef DIAGNOSTIC
2113         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2114 #endif
2115         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2116 }
2117
2118 void
2119 uma_startup2(void)
2120 {
2121
2122 #ifdef DIAGNOSTIC
2123         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2124 #endif
2125         booted = BOOT_BUCKETS;
2126         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2127         bucket_enable();
2128 }
2129
2130 /*
2131  * Initialize our callout handle
2132  *
2133  */
2134 static void
2135 uma_startup3(void)
2136 {
2137
2138 #ifdef INVARIANTS
2139         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2140         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2141         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2142 #endif
2143         callout_init(&uma_callout, 1);
2144         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2145         booted = BOOT_RUNNING;
2146 }
2147
2148 static uma_keg_t
2149 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2150                 int align, uint32_t flags)
2151 {
2152         struct uma_kctor_args args;
2153
2154         args.size = size;
2155         args.uminit = uminit;
2156         args.fini = fini;
2157         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2158         args.flags = flags;
2159         args.zone = zone;
2160         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2161 }
2162
2163 /* Public functions */
2164 /* See uma.h */
2165 void
2166 uma_set_align(int align)
2167 {
2168
2169         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2170                 uma_align_cache = align;
2171 }
2172
2173 /* See uma.h */
2174 uma_zone_t
2175 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2176                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2177
2178 {
2179         struct uma_zctor_args args;
2180         uma_zone_t res;
2181         bool locked;
2182
2183         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2184             align, name));
2185
2186         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2187         memset(&args, 0, sizeof(args));
2188         args.name = name;
2189         args.size = size;
2190         args.ctor = ctor;
2191         args.dtor = dtor;
2192         args.uminit = uminit;
2193         args.fini = fini;
2194 #ifdef  INVARIANTS
2195         /*
2196          * If a zone is being created with an empty constructor and
2197          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2198          * memory use after free.
2199          */
2200         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2201             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2202                 args.ctor = trash_ctor;
2203                 args.dtor = trash_dtor;
2204                 args.uminit = trash_init;
2205                 args.fini = trash_fini;
2206         }
2207 #endif
2208         args.align = align;
2209         args.flags = flags;
2210         args.keg = NULL;
2211
2212         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2213                 locked = false;
2214         } else {
2215                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2216                 locked = true;
2217         }
2218         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2219         if (locked)
2220                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2221         return (res);
2222 }
2223
2224 /* See uma.h */
2225 uma_zone_t
2226 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2227                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2228 {
2229         struct uma_zctor_args args;
2230         uma_keg_t keg;
2231         uma_zone_t res;
2232         bool locked;
2233
2234         keg = zone_first_keg(master);
2235         memset(&args, 0, sizeof(args));
2236         args.name = name;
2237         args.size = keg->uk_size;
2238         args.ctor = ctor;
2239         args.dtor = dtor;
2240         args.uminit = zinit;
2241         args.fini = zfini;
2242         args.align = keg->uk_align;
2243         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2244         args.keg = keg;
2245
2246         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2247                 locked = false;
2248         } else {
2249                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2250                 locked = true;
2251         }
2252         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2253         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2254         if (locked)
2255                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2256         return (res);
2257 }
2258
2259 /* See uma.h */
2260 uma_zone_t
2261 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2262                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2263                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2264 {
2265         struct uma_zctor_args args;
2266
2267         memset(&args, 0, sizeof(args));
2268         args.name = name;
2269         args.size = size;
2270         args.ctor = ctor;
2271         args.dtor = dtor;
2272         args.uminit = zinit;
2273         args.fini = zfini;
2274         args.import = zimport;
2275         args.release = zrelease;
2276         args.arg = arg;
2277         args.align = 0;
2278         args.flags = flags;
2279
2280         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2281 }
2282
2283 static void
2284 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2285 {
2286         if (a < b) {
2287                 ZONE_LOCK(a);
2288                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2289         } else {
2290                 ZONE_LOCK(b);
2291                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2292         }
2293 }
2294
2295 static void
2296 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2297 {
2298
2299         ZONE_UNLOCK(a);
2300         ZONE_UNLOCK(b);
2301 }
2302
2303 int
2304 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2305 {
2306         uma_klink_t klink;
2307         uma_klink_t kl;
2308         int error;
2309
2310         error = 0;
2311         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2312
2313         zone_lock_pair(zone, master);
2314         /*
2315          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2316          * a secondary.
2317          */
2318         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2319             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2320                 error = EINVAL;
2321                 goto out;
2322         }
2323         /*
2324          * The new master must also use vtoslab().
2325          */
2326         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2327                 error = EINVAL;
2328                 goto out;
2329         }
2330
2331         /*
2332          * The underlying object must be the same size.  rsize
2333          * may be different.
2334          */
2335         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2336                 error = E2BIG;
2337                 goto out;
2338         }
2339         /*
2340          * Put it at the end of the list.
2341          */
2342         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2343         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2344                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2345                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2346                         break;
2347                 }
2348         }
2349         klink = NULL;
2350         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2351         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2352
2353 out:
2354         zone_unlock_pair(zone, master);
2355         if (klink != NULL)
2356                 free(klink, M_TEMP);
2357
2358         return (error);
2359 }
2360
2361
2362 /* See uma.h */
2363 void
2364 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2365 {
2366
2367         sx_slock(&uma_drain_lock);
2368         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2369         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2370 }
2371
2372 void
2373 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2374 {
2375         void *item;
2376
2377         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2378         uma_zfree(zone, item);
2379 }
2380
2381 void *
2382 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2383 {
2384         void *item;
2385 #ifdef SMP
2386         int i;
2387
2388         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2389 #endif
2390         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2391         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2392 #ifdef SMP
2393                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2394                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2395 #else
2396                 bzero(item, zone->uz_size);
2397 #endif
2398         }
2399         return (item);
2400 }
2401
2402 /*
2403  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2404  */
2405 void
2406 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2407 {
2408
2409 #ifdef SMP
2410         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2411 #endif
2412         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2413 }
2414
2415 /* See uma.h */
2416 void *
2417 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2418 {
2419         uma_zone_domain_t zdom;
2420         uma_bucket_t bucket;
2421         uma_cache_t cache;
2422         void *item;
2423         int cpu, domain, lockfail;
2424 #ifdef INVARIANTS
2425         bool skipdbg;
2426 #endif
2427
2428         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2429         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2430
2431         /* This is the fast path allocation */
2432         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2433             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2434
2435         if (flags & M_WAITOK) {
2436                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2437                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2438         }
2439         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2440         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2441             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2442         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2443                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2444                     "with M_ZERO passed"));
2445
2446 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2447         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2448                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2449                 if (item != NULL) {
2450                         if (zone->uz_init != NULL &&
2451                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2452                                 return (NULL);
2453                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2454                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2455                             flags) != 0) {
2456                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2457                                 return (NULL);
2458                         }
2459                         return (item);
2460                 }
2461                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2462         }
2463 #endif
2464         /*
2465          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2466          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2467          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2468          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2469          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2470          * preemption and migration.  We release the critical section in
2471          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2472          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2473          * must detect and handle migration if it has occurred.
2474          */
2475 zalloc_restart:
2476         critical_enter();
2477         cpu = curcpu;
2478         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2479
2480 zalloc_start:
2481         bucket = cache->uc_allocbucket;
2482         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2483                 bucket->ub_cnt--;
2484                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2485 #ifdef INVARIANTS
2486                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2487 #endif
2488                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2489                 cache->uc_allocs++;
2490                 critical_exit();
2491 #ifdef INVARIANTS
2492                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2493 #endif
2494                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2495 #ifdef INVARIANTS
2496                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2497                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2498 #endif
2499                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2500                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2501                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2502                         return (NULL);
2503                 }
2504 #ifdef INVARIANTS
2505                 if (!skipdbg)
2506                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2507 #endif
2508                 if (flags & M_ZERO)
2509                         uma_zero_item(item, zone);
2510                 return (item);
2511         }
2512
2513         /*
2514          * We have run out of items in our alloc bucket.
2515          * See if we can switch with our free bucket.
2516          */
2517         bucket = cache->uc_freebucket;
2518         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2519                 CTR2(KTR_UMA,
2520                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2521                     zone->uz_name, zone);
2522                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2523                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2524                 goto zalloc_start;
2525         }
2526
2527         /*
2528          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2529          */
2530         bucket = cache->uc_allocbucket;
2531         cache->uc_allocbucket = NULL;
2532         critical_exit();
2533         if (bucket != NULL)
2534                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2535
2536         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2537                 domain = PCPU_GET(domain);
2538                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2539                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2540         } else
2541                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2542
2543         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2544         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2545                 goto zalloc_item;
2546
2547         /*
2548          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2549          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2550          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2551          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2552          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2553          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2554          * the critical section.
2555          */
2556         lockfail = 0;
2557         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2558                 /* Record contention to size the buckets. */
2559                 ZONE_LOCK(zone);
2560                 lockfail = 1;
2561         }
2562         critical_enter();
2563         cpu = curcpu;
2564         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2565
2566         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2567         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2568                 ZONE_UNLOCK(zone);
2569                 goto zalloc_start;
2570         }
2571
2572         /*
2573          * Check the zone's cache of buckets.
2574          */
2575         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2576                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2577         else
2578                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2579         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2580                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2581                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2582                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2583                 ZONE_UNLOCK(zone);
2584                 goto zalloc_start;
2585         }
2586         /* We are no longer associated with this CPU. */
2587         critical_exit();
2588
2589         /*
2590          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2591          * handle the working set.
2592          */
2593         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2594                 zone->uz_count++;
2595         ZONE_UNLOCK(zone);
2596
2597         /*
2598          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2599          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2600          * will use the just filled bucket.
2601          */
2602         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
2603         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2604             zone->uz_name, zone, bucket);
2605         if (bucket != NULL) {
2606                 ZONE_LOCK(zone);
2607                 critical_enter();
2608                 cpu = curcpu;
2609                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2610
2611                 /*
2612                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2613                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2614                  * the memory directly.
2615                  */
2616                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2617                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2618                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2619                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2620                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2621                 } else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
2622                         critical_exit();
2623                         ZONE_UNLOCK(zone);
2624                         bucket_drain(zone, bucket);
2625                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2626                         goto zalloc_restart;
2627                 } else
2628                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2629                 ZONE_UNLOCK(zone);
2630                 goto zalloc_start;
2631         }
2632
2633         /*
2634          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2635          */
2636 zalloc_item:
2637         item = zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags);
2638
2639         return (item);
2640 }
2641
2642 void *
2643 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2644 {
2645
2646         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2647         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2648
2649         /* This is the fast path allocation */
2650         CTR5(KTR_UMA,
2651             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2652             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2653
2654         if (flags & M_WAITOK) {
2655                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2656                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2657         }
2658         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2659             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2660
2661         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2662 }
2663
2664 /*
2665  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2666  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2667  *
2668  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2669  * only 'domain'.
2670  */
2671 static uma_slab_t
2672 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2673 {
2674         uma_domain_t dom;
2675         uma_slab_t slab;
2676         int start;
2677
2678         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2679             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2680
2681         slab = NULL;
2682         start = domain;
2683         do {
2684                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2685                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2686                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2687                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2688                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2689                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2690                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2691                         return (slab);
2692                 }
2693                 if (rr)
2694                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2695         } while (domain != start);
2696
2697         return (NULL);
2698 }
2699
2700 static uma_slab_t
2701 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2702 {
2703         uint32_t reserve;
2704
2705         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2706
2707         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2708         if (keg->uk_free <= reserve)
2709                 return (NULL);
2710         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2711 }
2712
2713 static uma_slab_t
2714 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2715 {
2716         struct vm_domainset_iter di;
2717         uma_domain_t dom;
2718         uma_slab_t slab;
2719         int aflags, domain;
2720         bool rr;
2721
2722 restart:
2723         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2724
2725         /*
2726          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2727          * domain (as happens with first-touch zones).
2728          *
2729          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2730          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2731          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2732          */
2733         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2734         if (rr) {
2735                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2736                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2737                     &aflags);
2738         } else {
2739                 aflags = flags;
2740                 domain = rdomain;
2741         }
2742
2743         for (;;) {
2744                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2745                 if (slab != NULL) {
2746                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2747                         return (slab);
2748                 }
2749
2750                 /*
2751                  * M_NOVM means don't ask at all!
2752                  */
2753                 if (flags & M_NOVM)
2754                         break;
2755
2756                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2757                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2758                         /*
2759                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2760                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2761                          */
2762                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2763                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2764                                 zone_log_warning(zone);
2765                                 zone_maxaction(zone);
2766                         }
2767                         if (flags & M_NOWAIT)
2768                                 return (NULL);
2769                         zone->uz_sleeps++;
2770                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2771                         continue;
2772                 }
2773                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, aflags);
2774                 /*
2775                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2776                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2777                  * at least one item.
2778                  */
2779                 if (slab) {
2780                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2781                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2782                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2783                         return (slab);
2784                 }
2785                 KEG_LOCK(keg);
2786                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2787                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2788                                 KEG_UNLOCK(keg);
2789                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2790                                 KEG_LOCK(keg);
2791                                 goto restart;
2792                         }
2793                         break;
2794                 }
2795         }
2796
2797         /*
2798          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2799          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2800          * fail.
2801          */
2802         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2803                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2804                 return (slab);
2805         }
2806         return (NULL);
2807 }
2808
2809 static uma_slab_t
2810 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2811 {
2812         uma_slab_t slab;
2813
2814         if (keg == NULL) {
2815                 keg = zone_first_keg(zone);
2816                 KEG_LOCK(keg);
2817         }
2818
2819         for (;;) {
2820                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2821                 if (slab)
2822                         return (slab);
2823                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2824                         break;
2825         }
2826         KEG_UNLOCK(keg);
2827         return (NULL);
2828 }
2829
2830 /*
2831  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2832  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2833  *
2834  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2835  */
2836 static uma_slab_t
2837 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int domain, int rflags)
2838 {
2839         uma_klink_t klink;
2840         uma_slab_t slab;
2841         uma_keg_t keg;
2842         int flags;
2843         int empty;
2844         int full;
2845
2846         /*
2847          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2848          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2849          * without blocking.
2850          */
2851         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2852         /*
2853          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2854          * the search.
2855          */
2856         if (last != NULL) {
2857                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, domain, flags);
2858                 if (slab)
2859                         return (slab);
2860                 KEG_UNLOCK(last);
2861         }
2862         /*
2863          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2864          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2865          * required but we've done it for so long now.
2866          */
2867         for (;;) {
2868                 empty = 0;
2869                 full = 0;
2870                 /*
2871                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2872                  * correct lock while calling into the keg layer.
2873                  */
2874                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2875                         keg = klink->kl_keg;
2876                         KEG_LOCK(keg);
2877                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2878                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2879                                 if (slab)
2880                                         return (slab);
2881                         }
2882                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2883                                 full++;
2884                         else
2885                                 empty++;
2886                         KEG_UNLOCK(keg);
2887                 }
2888                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2889                         break;
2890                 flags = rflags;
2891                 /*
2892                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2893                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2894                  */
2895                 if (full && !empty) {
2896                         ZONE_LOCK(zone);
2897                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2898                         zone->uz_sleeps++;
2899                         zone_log_warning(zone);
2900                         zone_maxaction(zone);
2901                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2902                             "zonelimit", hz/100);
2903                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2904                         ZONE_UNLOCK(zone);
2905                         continue;
2906                 }
2907         }
2908         return (NULL);
2909 }
2910
2911 static void *
2912 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2913 {
2914         uma_domain_t dom;
2915         void *item;
2916         uint8_t freei;
2917
2918         MPASS(keg == slab->us_keg);
2919         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2920
2921         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2922         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2923         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2924         slab->us_freecount--;
2925         keg->uk_free--;
2926
2927         /* Move this slab to the full list */
2928         if (slab->us_freecount == 0) {
2929                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2930                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2931                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2932         }
2933
2934         return (item);
2935 }
2936
2937 static int
2938 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2939 {
2940         uma_slab_t slab;
2941         uma_keg_t keg;
2942 #ifdef NUMA
2943         int stripe;
2944 #endif
2945         int i;
2946
2947         slab = NULL;
2948         keg = NULL;
2949         /* Try to keep the buckets totally full */
2950         for (i = 0; i < max; ) {
2951                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2952                         break;
2953                 keg = slab->us_keg;
2954 #ifdef NUMA
2955                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2956 #endif
2957                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2958                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2959                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2960                                 break;
2961 #ifdef NUMA
2962                         /*
2963                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2964                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2965                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2966                          * than stripe within each bucket.  The current option
2967                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2968                          * time but yields better distribution.
2969                          */
2970                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2971                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2972                                 break;
2973 #endif
2974                 }
2975                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2976                 flags &= ~M_WAITOK;
2977                 flags |= M_NOWAIT;
2978         }
2979         if (slab != NULL)
2980                 KEG_UNLOCK(keg);
2981
2982         return i;
2983 }
2984
2985 static uma_bucket_t
2986 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2987 {
2988         uma_bucket_t bucket;
2989         int max;
2990
2991         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
2992
2993         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2994         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2995         if (bucket == NULL)
2996                 return (NULL);
2997
2998         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2999         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
3000             max, domain, flags);
3001
3002         /*
3003          * Initialize the memory if necessary.
3004          */
3005         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
3006                 int i;
3007
3008                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
3009                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
3010                             flags) != 0)
3011                                 break;
3012                 /*
3013                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
3014                  * rest back onto the freelist.
3015                  */
3016                 if (i != bucket->ub_cnt) {
3017                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
3018                             bucket->ub_cnt - i);
3019 #ifdef INVARIANTS
3020                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
3021                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
3022 #endif
3023                         bucket->ub_cnt = i;
3024                 }
3025         }
3026
3027         if (bucket->ub_cnt == 0) {
3028                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3029                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3030                 return (NULL);
3031         }
3032
3033         return (bucket);
3034 }
3035
3036 /*
3037  * Allocates a single item from a zone.
3038  *
3039  * Arguments
3040  *      zone   The zone to alloc for.
3041  *      udata  The data to be passed to the constructor.
3042  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
3043  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
3044  *
3045  * Returns
3046  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
3047  *      An item if successful
3048  */
3049
3050 static void *
3051 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3052 {
3053         void *item;
3054 #ifdef INVARIANTS
3055         bool skipdbg;
3056 #endif
3057
3058         item = NULL;
3059
3060         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3061                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3062                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3063                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3064         }
3065         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
3066                 goto fail;
3067         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
3068
3069 #ifdef INVARIANTS
3070         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3071 #endif
3072         /*
3073          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
3074          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
3075          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
3076          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
3077          */
3078         if (zone->uz_init != NULL) {
3079                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3080                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
3081                         goto fail;
3082                 }
3083         }
3084         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3085 #ifdef INVARIANTS
3086             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
3087             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
3088 #endif
3089             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
3090                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3091                 goto fail;
3092         }
3093 #ifdef INVARIANTS
3094         if (!skipdbg)
3095                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3096 #endif
3097         if (flags & M_ZERO)
3098                 uma_zero_item(item, zone);
3099
3100         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
3101             zone->uz_name, zone);
3102
3103         return (item);
3104
3105 fail:
3106         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
3107             zone->uz_name, zone);
3108         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
3109         return (NULL);
3110 }
3111
3112 /* See uma.h */
3113 void
3114 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3115 {
3116         uma_cache_t cache;
3117         uma_bucket_t bucket;
3118         uma_zone_domain_t zdom;
3119         int cpu, domain, lockfail;
3120 #ifdef INVARIANTS
3121         bool skipdbg;
3122 #endif
3123
3124         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3125         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3126
3127         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3128             zone->uz_name);
3129
3130         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3131             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3132
3133         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3134         if (item == NULL)
3135                 return;
3136 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3137         if (is_memguard_addr(item)) {
3138                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3139                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3140                 if (zone->uz_fini != NULL)
3141                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3142                 memguard_free(item);
3143                 return;
3144         }
3145 #endif
3146 #ifdef INVARIANTS
3147         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3148         if (skipdbg == false) {
3149                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3150                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3151                 else
3152                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3153         }
3154         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3155             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3156 #else
3157         if (zone->uz_dtor != NULL)
3158 #endif
3159                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3160
3161         /*
3162          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3163          * a little longer for the limits to be reset.
3164          */
3165         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
3166                 goto zfree_item;
3167
3168         /*
3169          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3170          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3171          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3172          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3173          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3174          * preemption and migration.  We release the critical section in
3175          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3176          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3177          * detect and handle migration if it has occurred.
3178          */
3179 zfree_restart:
3180         critical_enter();
3181         cpu = curcpu;
3182         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3183
3184 zfree_start:
3185         /*
3186          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3187          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3188          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3189          */
3190         bucket = cache->uc_allocbucket;
3191         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3192                 bucket = cache->uc_freebucket;
3193         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3194                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3195                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3196                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3197                 bucket->ub_cnt++;
3198                 cache->uc_frees++;
3199                 critical_exit();
3200                 return;
3201         }
3202
3203         /*
3204          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3205          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3206          * section.  Since the critical section is released, we may be
3207          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3208          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3209          * the critical section.
3210          */
3211         critical_exit();
3212         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3213                 goto zfree_item;
3214
3215         lockfail = 0;
3216         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3217                 /* Record contention to size the buckets. */
3218                 ZONE_LOCK(zone);
3219                 lockfail = 1;
3220         }
3221         critical_enter();
3222         cpu = curcpu;
3223         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3224
3225         bucket = cache->uc_freebucket;
3226         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3227                 ZONE_UNLOCK(zone);
3228                 goto zfree_start;
3229         }
3230         cache->uc_freebucket = NULL;
3231         /* We are no longer associated with this CPU. */
3232         critical_exit();
3233
3234         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3235                 domain = PCPU_GET(domain);
3236                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3237                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3238         } else
3239                 domain = 0;
3240         zdom = &zone->uz_domain[0];
3241
3242         /* Can we throw this on the zone full list? */
3243         if (bucket != NULL) {
3244                 CTR3(KTR_UMA,
3245                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3246                     zone->uz_name, zone, bucket);
3247                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3248                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
3249                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
3250                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NOBUCKETCACHE) != 0) {
3251                         ZONE_UNLOCK(zone);
3252                         bucket_drain(zone, bucket);
3253                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3254                         goto zfree_restart;
3255                 } else
3256                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3257         }
3258
3259         /*
3260          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3261          * handle the working set.
3262          */
3263         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
3264                 zone->uz_count++;
3265         ZONE_UNLOCK(zone);
3266
3267         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3268         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3269             zone->uz_name, zone, bucket);
3270         if (bucket) {
3271                 critical_enter();
3272                 cpu = curcpu;
3273                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3274                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3275                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3276                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3277                         cache->uc_freebucket = bucket;
3278                         goto zfree_start;
3279                 }
3280                 /*
3281                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3282                  * critical section to free the bucket.
3283                  */
3284                 critical_exit();
3285                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3286                 goto zfree_restart;
3287         }
3288
3289         /*
3290          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3291          */
3292 zfree_item:
3293         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3294
3295         return;
3296 }
3297
3298 void
3299 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3300 {
3301
3302         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3303         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3304
3305         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3306             zone->uz_name);
3307
3308         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3309             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3310
3311         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3312         if (item == NULL)
3313                 return;
3314         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3315 }
3316
3317 static void
3318 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
3319 {
3320         uma_domain_t dom;
3321         uint8_t freei;
3322
3323         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
3324         MPASS(keg == slab->us_keg);
3325
3326         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3327
3328         /* Do we need to remove from any lists? */
3329         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3330                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3331                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3332         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3333                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3334                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3335         }
3336
3337         /* Slab management. */
3338         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3339         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3340         slab->us_freecount++;
3341
3342         /* Keg statistics. */
3343         keg->uk_free++;
3344 }
3345
3346 static void
3347 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3348 {
3349         void *item;
3350         uma_slab_t slab;
3351         uma_keg_t keg;
3352         uint8_t *mem;
3353         int clearfull;
3354         int i;
3355
3356         clearfull = 0;
3357         keg = zone_first_keg(zone);
3358         KEG_LOCK(keg);
3359         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3360                 item = bucket[i];
3361                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3362                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3363                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3364                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3365                         } else {
3366                                 mem += keg->uk_pgoff;
3367                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3368                         }
3369                 } else {
3370                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3371                         if (slab->us_keg != keg) {
3372                                 KEG_UNLOCK(keg);
3373                                 keg = slab->us_keg;
3374                                 KEG_LOCK(keg);
3375                         }
3376                 }
3377                 slab_free_item(keg, slab, item);
3378                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
3379                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
3380                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3381                                 clearfull = 1;
3382                         }
3383
3384                         /*
3385                          * We can handle one more allocation. Since we're
3386                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
3387                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
3388                          * simple for now (rather than adding count of blocked
3389                          * threads etc).
3390                          */
3391                         wakeup(keg);
3392                 }
3393         }
3394         KEG_UNLOCK(keg);
3395         if (clearfull) {
3396                 ZONE_LOCK(zone);
3397                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
3398                 wakeup(zone);
3399                 ZONE_UNLOCK(zone);
3400         }
3401
3402 }
3403
3404 /*
3405  * Frees a single item to any zone.
3406  *
3407  * Arguments:
3408  *      zone   The zone to free to
3409  *      item   The item we're freeing
3410  *      udata  User supplied data for the dtor
3411  *      skip   Skip dtors and finis
3412  */
3413 static void
3414 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3415 {
3416 #ifdef INVARIANTS
3417         bool skipdbg;
3418
3419         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3420         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3421                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3422                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3423                 else
3424                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3425         }
3426
3427         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3428             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3429             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3430 #else
3431         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3432 #endif
3433                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3434
3435         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3436                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3437
3438         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
3439         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3440 }
3441
3442 /* See uma.h */
3443 int
3444 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3445 {
3446         uma_keg_t keg;
3447
3448         keg = zone_first_keg(zone);
3449         if (keg == NULL)
3450                 return (0);
3451         KEG_LOCK(keg);
3452         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
3453         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
3454                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
3455         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3456         KEG_UNLOCK(keg);
3457
3458         return (nitems);
3459 }
3460
3461 /* See uma.h */
3462 int
3463 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3464 {
3465         int nitems;
3466         uma_keg_t keg;
3467
3468         keg = zone_first_keg(zone);
3469         if (keg == NULL)
3470                 return (0);
3471         KEG_LOCK(keg);
3472         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
3473         KEG_UNLOCK(keg);
3474
3475         return (nitems);
3476 }
3477
3478 /* See uma.h */
3479 void
3480 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3481 {
3482
3483         ZONE_LOCK(zone);
3484         zone->uz_warning = warning;
3485         ZONE_UNLOCK(zone);
3486 }
3487
3488 /* See uma.h */
3489 void
3490 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3491 {
3492
3493         ZONE_LOCK(zone);
3494         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3495         ZONE_UNLOCK(zone);
3496 }
3497
3498 /* See uma.h */
3499 int
3500 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3501 {
3502         int64_t nitems;
3503         u_int i;
3504
3505         ZONE_LOCK(zone);
3506         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
3507         CPU_FOREACH(i) {
3508                 /*
3509                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3510                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3511                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3512                  */
3513                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3514                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3515         }
3516         ZONE_UNLOCK(zone);
3517
3518         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3519 }
3520
3521 /* See uma.h */
3522 void
3523 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3524 {
3525         uma_keg_t keg;
3526
3527         keg = zone_first_keg(zone);
3528         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3529         KEG_LOCK(keg);
3530         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3531             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3532         keg->uk_init = uminit;
3533         KEG_UNLOCK(keg);
3534 }
3535
3536 /* See uma.h */
3537 void
3538 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3539 {
3540         uma_keg_t keg;
3541
3542         keg = zone_first_keg(zone);
3543         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3544         KEG_LOCK(keg);
3545         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3546             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3547         keg->uk_fini = fini;
3548         KEG_UNLOCK(keg);
3549 }
3550
3551 /* See uma.h */
3552 void
3553 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3554 {
3555
3556         ZONE_LOCK(zone);
3557         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3558             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3559         zone->uz_init = zinit;
3560         ZONE_UNLOCK(zone);
3561 }
3562
3563 /* See uma.h */
3564 void
3565 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3566 {
3567
3568         ZONE_LOCK(zone);
3569         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3570             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3571         zone->uz_fini = zfini;
3572         ZONE_UNLOCK(zone);
3573 }
3574
3575 /* See uma.h */
3576 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3577 void
3578 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3579 {
3580         uma_keg_t keg;
3581
3582         keg = zone_first_keg(zone);
3583         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3584         KEG_LOCK(keg);
3585         keg->uk_freef = freef;
3586         KEG_UNLOCK(keg);
3587 }
3588
3589 /* See uma.h */
3590 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3591 void
3592 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3593 {
3594         uma_keg_t keg;
3595
3596         keg = zone_first_keg(zone);
3597         KEG_LOCK(keg);
3598         keg->uk_allocf = allocf;
3599         KEG_UNLOCK(keg);
3600 }
3601
3602 /* See uma.h */
3603 void
3604 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3605 {
3606         uma_keg_t keg;
3607
3608         keg = zone_first_keg(zone);
3609         if (keg == NULL)
3610                 return;
3611         KEG_LOCK(keg);
3612         keg->uk_reserve = items;
3613         KEG_UNLOCK(keg);
3614
3615         return;
3616 }
3617
3618 /* See uma.h */
3619 int
3620 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3621 {
3622         uma_keg_t keg;
3623         vm_offset_t kva;
3624         u_int pages;
3625
3626         keg = zone_first_keg(zone);
3627         if (keg == NULL)
3628                 return (0);
3629         pages = count / keg->uk_ipers;
3630
3631         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3632                 pages++;
3633         pages *= keg->uk_ppera;
3634
3635 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3636         if (keg->uk_ppera > 1) {
3637 #else
3638         if (1) {
3639 #endif
3640                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3641                 if (kva == 0)
3642                         return (0);
3643         } else
3644                 kva = 0;
3645         KEG_LOCK(keg);
3646         keg->uk_kva = kva;
3647         keg->uk_offset = 0;
3648         keg->uk_maxpages = pages;
3649 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3650         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3651 #else
3652         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3653 #endif
3654         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3655         KEG_UNLOCK(keg);
3656
3657         return (1);
3658 }
3659
3660 /* See uma.h */
3661 void
3662 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3663 {
3664         struct vm_domainset_iter di;
3665         uma_domain_t dom;
3666         uma_slab_t slab;
3667         uma_keg_t keg;
3668         int domain, flags, slabs;
3669
3670         keg = zone_first_keg(zone);
3671         if (keg == NULL)
3672                 return;
3673         KEG_LOCK(keg);
3674         slabs = items / keg->uk_ipers;
3675         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3676                 slabs++;
3677         flags = M_WAITOK;
3678         vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain, &flags);
3679         while (slabs-- > 0) {
3680                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags);
3681                 if (slab == NULL)
3682                         return;
3683                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3684                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3685                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3686                 if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
3687                         break;
3688         }
3689         KEG_UNLOCK(keg);
3690 }
3691
3692 /* See uma.h */
3693 static void
3694 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3695 {
3696
3697         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3698         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3699         bucket_enable();
3700         zone_foreach(zone_drain);
3701         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3702                 cache_drain_safe(NULL);
3703                 zone_foreach(zone_drain);
3704         }
3705
3706         /*
3707          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3708          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3709          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3710          */
3711         zone_drain(slabzone);
3712         bucket_zone_drain();
3713 }
3714
3715 void
3716 uma_reclaim(void)
3717 {
3718
3719         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3720         uma_reclaim_locked(false);
3721         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3722 }
3723
3724 static volatile int uma_reclaim_needed;
3725
3726 void
3727 uma_reclaim_wakeup(void)
3728 {
3729
3730         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3731                 wakeup(uma_reclaim);
3732 }
3733
3734 void
3735 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3736 {
3737
3738         for (;;) {
3739                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3740                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3741                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3742                             hz);
3743                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3744                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3745                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3746                 uma_reclaim_locked(true);
3747                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3748                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3749                 /* Don't fire more than once per-second. */
3750                 pause("umarclslp", hz);
3751         }
3752 }
3753
3754 /* See uma.h */
3755 int
3756 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3757 {
3758         int full;
3759
3760         ZONE_LOCK(zone);
3761         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3762         ZONE_UNLOCK(zone);
3763         return (full);
3764 }
3765
3766 int
3767 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3768 {
3769         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3770 }
3771
3772 void *
3773 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3774 {
3775         struct domainset *policy;
3776         vm_offset_t addr;
3777         uma_slab_t slab;
3778
3779         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3780                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3781                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3782                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3783         }
3784         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3785         if (slab == NULL)
3786                 return (NULL);
3787         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3788             DOMAINSET_FIXED(domain);
3789         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3790         if (addr != 0) {
3791                 vsetslab(addr, slab);
3792                 slab->us_data = (void *)addr;
3793                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3794                 slab->us_size = size;
3795                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3796                     pmap_kextract(addr)));
3797                 uma_total_inc(size);
3798         } else {
3799                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3800         }
3801
3802         return ((void *)addr);
3803 }
3804
3805 void *
3806 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3807 {
3808
3809         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3810 }
3811
3812 void
3813 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3814 {
3815
3816         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3817             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3818         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3819         uma_total_dec(slab->us_size);
3820         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3821 }
3822
3823 static void
3824 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3825 {
3826
3827         bzero(item, zone->uz_size);
3828 }
3829
3830 unsigned long
3831 uma_limit(void)
3832 {
3833
3834         return (uma_kmem_limit);
3835 }
3836
3837 void
3838 uma_set_limit(unsigned long limit)
3839 {
3840
3841         uma_kmem_limit = limit;
3842 }
3843
3844 unsigned long
3845 uma_size(void)
3846 {
3847
3848         return (uma_kmem_total);
3849 }
3850
3851 long
3852 uma_avail(void)
3853 {
3854
3855         return (uma_kmem_limit - uma_kmem_total);
3856 }
3857
3858 void
3859 uma_print_stats(void)
3860 {
3861         zone_foreach(uma_print_zone);
3862 }
3863
3864 static void
3865 slab_print(uma_slab_t slab)
3866 {
3867         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3868                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3869 }
3870
3871 static void
3872 cache_print(uma_cache_t cache)
3873 {
3874         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3875                 cache->uc_allocbucket,
3876                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3877                 cache->uc_freebucket,
3878                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3879 }
3880
3881 static void
3882 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3883 {
3884         uma_domain_t dom;
3885         uma_slab_t slab;
3886         int i;
3887
3888         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3889             "out %d free %d limit %d\n",
3890             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3891             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3892             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3893             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3894         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3895                 dom = &keg->uk_domain[i];
3896                 printf("Part slabs:\n");
3897                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3898                         slab_print(slab);
3899                 printf("Free slabs:\n");
3900                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3901                         slab_print(slab);
3902                 printf("Full slabs:\n");
3903                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3904                         slab_print(slab);
3905         }
3906 }
3907
3908 void
3909 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3910 {
3911         uma_cache_t cache;
3912         uma_klink_t kl;
3913         int i;
3914
3915         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3916             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3917         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3918                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3919         CPU_FOREACH(i) {
3920                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3921                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3922                 cache_print(cache);
3923         }
3924 }
3925
3926 #ifdef DDB
3927 /*
3928  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3929  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3930  *
3931  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3932  * per-CPU cache statistic.
3933  *
3934  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3935  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3936  * directly so that we don't have to.
3937  */
3938 static void
3939 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3940     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3941 {
3942         uma_cache_t cache;
3943         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3944         int cachefree, cpu;
3945
3946         allocs = frees = sleeps = 0;
3947         cachefree = 0;
3948         CPU_FOREACH(cpu) {
3949                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3950                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3951                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3952                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3953                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3954                 allocs += cache->uc_allocs;
3955                 frees += cache->uc_frees;
3956         }
3957         allocs += z->uz_allocs;
3958         frees += z->uz_frees;
3959         sleeps += z->uz_sleeps;
3960         if (cachefreep != NULL)
3961                 *cachefreep = cachefree;
3962         if (allocsp != NULL)
3963                 *allocsp = allocs;
3964         if (freesp != NULL)
3965                 *freesp = frees;
3966         if (sleepsp != NULL)
3967                 *sleepsp = sleeps;
3968 }
3969 #endif /* DDB */
3970
3971 static int
3972 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3973 {
3974         uma_keg_t kz;
3975         uma_zone_t z;
3976         int count;
3977
3978         count = 0;
3979         rw_rlock(&uma_rwlock);
3980         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3981                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3982                         count++;
3983         }
3984         rw_runlock(&uma_rwlock);
3985         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3986 }
3987
3988 static int
3989 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3990 {
3991         struct uma_stream_header ush;
3992         struct uma_type_header uth;
3993         struct uma_percpu_stat *ups;
3994         uma_zone_domain_t zdom;
3995         struct sbuf sbuf;
3996         uma_cache_t cache;
3997         uma_klink_t kl;
3998         uma_keg_t kz;
3999         uma_zone_t z;
4000         uma_keg_t k;
4001         int count, error, i;
4002
4003         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
4004         if (error != 0)
4005                 return (error);
4006         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
4007         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
4008         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
4009
4010         count = 0;
4011         rw_rlock(&uma_rwlock);
4012         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4013                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
4014                         count++;
4015         }
4016
4017         /*
4018          * Insert stream header.
4019          */
4020         bzero(&ush, sizeof(ush));
4021         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
4022         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
4023         ush.ush_count = count;
4024         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
4025
4026         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4027                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4028                         bzero(&uth, sizeof(uth));
4029                         ZONE_LOCK(z);
4030                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
4031                         uth.uth_align = kz->uk_align;
4032                         uth.uth_size = kz->uk_size;
4033                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
4034                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
4035                                 k = kl->kl_keg;
4036                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
4037                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
4038                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
4039                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
4040                                     * k->uk_ipers;
4041                         }
4042
4043                         /*
4044                          * A zone is secondary is it is not the first entry
4045                          * on the keg's zone list.
4046                          */
4047                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4048                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
4049                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
4050
4051                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
4052                                 zdom = &z->uz_domain[i];
4053                                 uth.uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
4054                         }
4055                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
4056                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
4057                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
4058                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
4059                         /*
4060                          * While it is not normally safe to access the cache
4061                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
4062                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
4063                          * without the zone lock held, not invalidated, so
4064                          * accept the possible race associated with bucket
4065                          * exchange during monitoring.
4066                          */
4067                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
4068                                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
4069                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL ||
4070                                     CPU_ABSENT(i))
4071                                         continue;
4072                                 cache = &z->uz_cpu[i];
4073                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
4074                                         ups[i].ups_cache_free +=
4075                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
4076                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
4077                                         ups[i].ups_cache_free +=
4078                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
4079                                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
4080                                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
4081                         }
4082                         ZONE_UNLOCK(z);
4083                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4084                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4085                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4086                 }
4087         }
4088         rw_runlock(&uma_rwlock);
4089         error = sbuf_finish(&sbuf);
4090         sbuf_delete(&sbuf);
4091         free(ups, M_TEMP);
4092         return (error);
4093 }
4094
4095 int
4096 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4097 {
4098         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4099         int error, max;
4100
4101         max = uma_zone_get_max(zone);
4102         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4103         if (error || !req->newptr)
4104                 return (error);
4105
4106         uma_zone_set_max(zone, max);
4107
4108         return (0);
4109 }
4110
4111 int
4112 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4113 {
4114         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4115         int cur;
4116
4117         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4118         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4119 }
4120
4121 #ifdef INVARIANTS
4122 static uma_slab_t
4123 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4124 {
4125         uma_slab_t slab;
4126         uma_keg_t keg;
4127         uint8_t *mem;
4128
4129         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4130         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4131                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4132         } else {
4133                 /*
4134                  * It is safe to return the slab here even though the
4135                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4136                  * essentially holds a reference.
4137                  */
4138                 ZONE_LOCK(zone);
4139                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
4140                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4141                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4142                 else
4143                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4144                 ZONE_UNLOCK(zone);
4145         }
4146
4147         return (slab);
4148 }
4149
4150 static bool
4151 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4152 {
4153         uma_keg_t keg;
4154
4155         if ((keg = zone_first_keg(zone)) == NULL)
4156                 return (true);
4157
4158         return (uma_dbg_kskip(keg, mem));
4159 }
4160
4161 static bool
4162 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4163 {
4164         uintptr_t idx;
4165
4166         if (dbg_divisor == 0)
4167                 return (true);
4168
4169         if (dbg_divisor == 1)
4170                 return (false);
4171
4172         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4173         if (keg->uk_ipers > 1) {
4174                 idx *= keg->uk_ipers;
4175                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4176         }
4177
4178         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4179                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4180                 return (true);
4181         }
4182         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4183
4184         return (false);
4185 }
4186
4187 /*
4188  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4189  *
4190  */
4191 static void
4192 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4193 {
4194         uma_keg_t keg;
4195         int freei;
4196
4197         if (slab == NULL) {
4198                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4199                 if (slab == NULL)
4200                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4201                             item, zone->uz_name);
4202         }
4203         keg = slab->us_keg;
4204         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4205
4206         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4207                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4208                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4209         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4210
4211         return;
4212 }
4213
4214 /*
4215  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4216  * and duplicate frees.
4217  *
4218  */
4219 static void
4220 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4221 {
4222         uma_keg_t keg;
4223         int freei;
4224
4225         if (slab == NULL) {
4226                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4227                 if (slab == NULL)
4228                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4229                             item, zone->uz_name);
4230         }
4231         keg = slab->us_keg;
4232         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4233
4234         if (freei >= keg->uk_ipers)
4235                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4236                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4237
4238         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4239                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4240                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4241
4242         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4243                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4244                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4245
4246         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4247 }
4248 #endif /* INVARIANTS */
4249
4250 #ifdef DDB
4251 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4252 {
4253         uma_keg_t kz;
4254         uma_zone_t z;
4255         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4256         long cachefree;
4257         int i;
4258
4259         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4260             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4261         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4262                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4263                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4264                                 allocs = z->uz_allocs;
4265                                 frees = z->uz_frees;
4266                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4267                                 cachefree = 0;
4268                         } else
4269                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4270                                     &frees, &sleeps);
4271                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4272                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4273                                 cachefree += kz->uk_free;
4274                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4275                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4276
4277                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u\n",
4278                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4279                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4280                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4281                         if (db_pager_quit)
4282                                 return;
4283                 }
4284         }
4285 }
4286
4287 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4288 {
4289         uma_zone_t z;
4290         uint64_t allocs, frees;
4291         long cachefree;
4292         int i;
4293
4294         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4295             "Requests", "Bucket");
4296         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4297                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4298                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4299                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4300                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4301                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4302                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4303                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4304                 if (db_pager_quit)
4305                         return;
4306         }
4307 }
4308 #endif  /* DDB */