]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
zfs: merge openzfs/zfs@508fff0e4 (zfs-2.1-release) into stable/13
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
3  *
4  * Copyright (c) 2002-2019 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
7  * All rights reserved.
8  *
9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
10  * modification, are permitted provided that the following conditions
11  * are met:
12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
14  *    disclaimer.
15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
18  *
19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
29  */
30
31 /*
32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
33  *
34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
39  * pools of reserved memory unused.
40  *
41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
42  * are well known.
43  *
44  */
45
46 /*
47  * TODO:
48  *      - Improve memory usage for large allocations
49  *      - Investigate cache size adjustments
50  */
51
52 #include <sys/cdefs.h>
53 __FBSDID("$FreeBSD$");
54
55 #include "opt_ddb.h"
56 #include "opt_param.h"
57 #include "opt_vm.h"
58
59 #include <sys/param.h>
60 #include <sys/systm.h>
61 #include <sys/bitset.h>
62 #include <sys/domainset.h>
63 #include <sys/eventhandler.h>
64 #include <sys/kernel.h>
65 #include <sys/types.h>
66 #include <sys/limits.h>
67 #include <sys/queue.h>
68 #include <sys/malloc.h>
69 #include <sys/ktr.h>
70 #include <sys/lock.h>
71 #include <sys/sysctl.h>
72 #include <sys/mutex.h>
73 #include <sys/proc.h>
74 #include <sys/random.h>
75 #include <sys/rwlock.h>
76 #include <sys/sbuf.h>
77 #include <sys/sched.h>
78 #include <sys/sleepqueue.h>
79 #include <sys/smp.h>
80 #include <sys/smr.h>
81 #include <sys/taskqueue.h>
82 #include <sys/vmmeter.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_param.h>
86 #include <vm/vm_domainset.h>
87 #include <vm/vm_object.h>
88 #include <vm/vm_page.h>
89 #include <vm/vm_pageout.h>
90 #include <vm/vm_phys.h>
91 #include <vm/vm_pagequeue.h>
92 #include <vm/vm_map.h>
93 #include <vm/vm_kern.h>
94 #include <vm/vm_extern.h>
95 #include <vm/vm_dumpset.h>
96 #include <vm/uma.h>
97 #include <vm/uma_int.h>
98 #include <vm/uma_dbg.h>
99
100 #include <ddb/ddb.h>
101
102 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
103 #include <vm/memguard.h>
104 #endif
105
106 #include <machine/md_var.h>
107
108 #ifdef INVARIANTS
109 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     1
110 #else
111 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     0
112 #endif
113
114 /*
115  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
116  */
117 static uma_zone_t kegs;
118 static uma_zone_t zones;
119
120 /*
121  * On INVARIANTS builds, the slab contains a second bitset of the same size,
122  * "dbg_bits", which is laid out immediately after us_free.
123  */
124 #ifdef INVARIANTS
125 #define SLAB_BITSETS    2
126 #else
127 #define SLAB_BITSETS    1
128 #endif
129
130 /*
131  * These are the two zones from which all offpage uma_slab_ts are allocated.
132  *
133  * One zone is for slab headers that can represent a larger number of items,
134  * making the slabs themselves more efficient, and the other zone is for
135  * headers that are smaller and represent fewer items, making the headers more
136  * efficient.
137  */
138 #define SLABZONE_SIZE(setsize)                                  \
139     (sizeof(struct uma_hash_slab) + BITSET_SIZE(setsize) * SLAB_BITSETS)
140 #define SLABZONE0_SETSIZE       (PAGE_SIZE / 16)
141 #define SLABZONE1_SETSIZE       SLAB_MAX_SETSIZE
142 #define SLABZONE0_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE0_SETSIZE)
143 #define SLABZONE1_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE1_SETSIZE)
144 static uma_zone_t slabzones[2];
145
146 /*
147  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
148  * prior to malloc coming up.
149  */
150 static uma_zone_t hashzone;
151
152 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
153 int uma_align_cache = 64 - 1;
154
155 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
156 static MALLOC_DEFINE(M_UMA, "UMA", "UMA Misc");
157
158 /*
159  * Are we allowed to allocate buckets?
160  */
161 static int bucketdisable = 1;
162
163 /* Linked list of all kegs in the system */
164 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
165
166 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
167 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
168     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
169
170 /*
171  * Mutex for global lists: uma_kegs, uma_cachezones, and the per-keg list of
172  * zones.
173  */
174 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
175
176 static struct sx uma_reclaim_lock;
177
178 /*
179  * First available virual address for boot time allocations.
180  */
181 static vm_offset_t bootstart;
182 static vm_offset_t bootmem;
183
184 /*
185  * kmem soft limit, initialized by uma_set_limit().  Ensure that early
186  * allocations don't trigger a wakeup of the reclaim thread.
187  */
188 unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
189 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_limit, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_limit, 0,
190     "UMA kernel memory soft limit");
191 unsigned long uma_kmem_total;
192 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_total, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_total, 0,
193     "UMA kernel memory usage");
194
195 /* Is the VM done starting up? */
196 static enum {
197         BOOT_COLD,
198         BOOT_KVA,
199         BOOT_PCPU,
200         BOOT_RUNNING,
201         BOOT_SHUTDOWN,
202 } booted = BOOT_COLD;
203
204 /*
205  * This is the handle used to schedule events that need to happen
206  * outside of the allocation fast path.
207  */
208 static struct callout uma_callout;
209 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
210
211 /*
212  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
213  * a special allocation function just for zones.
214  */
215 struct uma_zctor_args {
216         const char *name;
217         size_t size;
218         uma_ctor ctor;
219         uma_dtor dtor;
220         uma_init uminit;
221         uma_fini fini;
222         uma_import import;
223         uma_release release;
224         void *arg;
225         uma_keg_t keg;
226         int align;
227         uint32_t flags;
228 };
229
230 struct uma_kctor_args {
231         uma_zone_t zone;
232         size_t size;
233         uma_init uminit;
234         uma_fini fini;
235         int align;
236         uint32_t flags;
237 };
238
239 struct uma_bucket_zone {
240         uma_zone_t      ubz_zone;
241         const char      *ubz_name;
242         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
243         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
244 };
245
246 /*
247  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
248  * of two sizes for more efficient space utilization.
249  */
250 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
251     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
252
253 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
254
255 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
256         /* Literal bucket sizes. */
257         { NULL, "2 Bucket", 2, 4096 },
258         { NULL, "4 Bucket", 4, 3072 },
259         { NULL, "8 Bucket", 8, 2048 },
260         { NULL, "16 Bucket", 16, 1024 },
261         /* Rounded down power of 2 sizes for efficiency. */
262         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
263         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
264         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
265         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
266         { NULL, NULL, 0}
267 };
268
269 /*
270  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
271  */
272 enum zfreeskip {
273         SKIP_NONE =     0,
274         SKIP_CNT =      0x00000001,
275         SKIP_DTOR =     0x00010000,
276         SKIP_FINI =     0x00020000,
277 };
278
279 /* Prototypes.. */
280
281 void    uma_startup1(vm_offset_t);
282 void    uma_startup2(void);
283
284 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
285 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
286 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
287 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
288 static void *contig_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
289 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
290 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
291 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
292 static void cache_drain(uma_zone_t);
293 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
294 static void bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool, int);
295 static bool bucket_cache_reclaim_domain(uma_zone_t, bool, bool, int);
296 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
297 static void keg_dtor(void *, int, void *);
298 static void keg_drain(uma_keg_t keg, int domain);
299 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
300 static void zone_dtor(void *, int, void *);
301 static inline void item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size,
302     void *udata, enum zfreeskip skip);
303 static int zero_init(void *, int, int);
304 static void zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
305     int itemdomain, bool ws);
306 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
307 static void zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
308 static void zone_timeout(uma_zone_t zone, void *);
309 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
310 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
311 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
312 static void uma_timeout(void *);
313 static void uma_shutdown(void);
314 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
315 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
316 static int zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags);
317 static void zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count);
318 static void bucket_enable(void);
319 static void bucket_init(void);
320 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
321 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
322 static void bucket_zone_drain(int domain);
323 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
324 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
325 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
326 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
327     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
328 static int zone_import(void *, void **, int, int, int);
329 static void zone_release(void *, void **, int);
330 static bool cache_alloc(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, int);
331 static bool cache_free(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, void *, int);
332
333 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
334 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
335 static int sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
336 static int sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
337 static int sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
338 static int sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
339 static int sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
340
341 static uint64_t uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone);
342
343 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
344     "Memory allocation debugging");
345
346 #ifdef INVARIANTS
347 static uint64_t uma_keg_get_allocs(uma_keg_t zone);
348 static inline struct noslabbits *slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg);
349
350 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
351 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
352 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
353 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
354
355 static u_int dbg_divisor = 1;
356 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
357     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
358     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
359
360 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
361 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
362 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
363     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
364 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
365     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
366 #endif
367
368 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, uma, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
369     "Universal Memory Allocator");
370
371 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_INT,
372     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
373
374 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_STRUCT,
375     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
376
377 static int zone_warnings = 1;
378 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
379     "Warn when UMA zones becomes full");
380
381 static int multipage_slabs = 1;
382 TUNABLE_INT("vm.debug.uma_multipage_slabs", &multipage_slabs);
383 SYSCTL_INT(_vm_debug, OID_AUTO, uma_multipage_slabs,
384     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &multipage_slabs, 0,
385     "UMA may choose larger slab sizes for better efficiency");
386
387 /*
388  * Select the slab zone for an offpage slab with the given maximum item count.
389  */
390 static inline uma_zone_t
391 slabzone(int ipers)
392 {
393
394         return (slabzones[ipers > SLABZONE0_SETSIZE]);
395 }
396
397 /*
398  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
399  */
400 static void
401 bucket_enable(void)
402 {
403
404         KASSERT(booted >= BOOT_KVA, ("Bucket enable before init"));
405         bucketdisable = vm_page_count_min();
406 }
407
408 /*
409  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
410  *
411  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
412  * of the header and an array of pointers.
413  */
414 static void
415 bucket_init(void)
416 {
417         struct uma_bucket_zone *ubz;
418         int size;
419
420         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
421                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
422                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
423                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
424                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
425                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET |
426                     UMA_ZONE_FIRSTTOUCH);
427         }
428 }
429
430 /*
431  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
432  * to allocate the bucket.
433  */
434 static struct uma_bucket_zone *
435 bucket_zone_lookup(int entries)
436 {
437         struct uma_bucket_zone *ubz;
438
439         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
440                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
441                         return (ubz);
442         ubz--;
443         return (ubz);
444 }
445
446 static int
447 bucket_select(int size)
448 {
449         struct uma_bucket_zone *ubz;
450
451         ubz = &bucket_zones[0];
452         if (size > ubz->ubz_maxsize)
453                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
454
455         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
456                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
457                         break;
458         ubz--;
459         return (ubz->ubz_entries);
460 }
461
462 static uma_bucket_t
463 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
464 {
465         struct uma_bucket_zone *ubz;
466         uma_bucket_t bucket;
467
468         /*
469          * Don't allocate buckets early in boot.
470          */
471         if (__predict_false(booted < BOOT_KVA))
472                 return (NULL);
473
474         /*
475          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
476          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
477          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
478          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
479          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
480          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
481          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
482          * free path.
483          */
484         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
485                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
486         else {
487                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
488                         return (NULL);
489                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
490         }
491         if (((uintptr_t)udata & UMA_ZONE_VM) != 0)
492                 flags |= M_NOVM;
493         ubz = bucket_zone_lookup(atomic_load_16(&zone->uz_bucket_size));
494         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
495                 ubz++;
496         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
497         if (bucket) {
498 #ifdef INVARIANTS
499                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
500 #endif
501                 bucket->ub_cnt = 0;
502                 bucket->ub_entries = min(ubz->ubz_entries,
503                     zone->uz_bucket_size_max);
504                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
505                 CTR3(KTR_UMA, "bucket_alloc: zone %s(%p) allocated bucket %p",
506                     zone->uz_name, zone, bucket);
507         }
508
509         return (bucket);
510 }
511
512 static void
513 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
514 {
515         struct uma_bucket_zone *ubz;
516
517         if (bucket->ub_cnt != 0)
518                 bucket_drain(zone, bucket);
519
520         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
521             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
522         KASSERT(bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID,
523             ("bucket_free: Freeing an SMR bucket."));
524         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
525                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
526         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
527         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
528 }
529
530 static void
531 bucket_zone_drain(int domain)
532 {
533         struct uma_bucket_zone *ubz;
534
535         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
536                 uma_zone_reclaim_domain(ubz->ubz_zone, UMA_RECLAIM_DRAIN,
537                     domain);
538 }
539
540 /*
541  * Acquire the domain lock and record contention.
542  */
543 static uma_zone_domain_t
544 zone_domain_lock(uma_zone_t zone, int domain)
545 {
546         uma_zone_domain_t zdom;
547         bool lockfail;
548
549         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
550         lockfail = false;
551         if (ZDOM_OWNED(zdom))
552                 lockfail = true;
553         ZDOM_LOCK(zdom);
554         /* This is unsynchronized.  The counter does not need to be precise. */
555         if (lockfail && zone->uz_bucket_size < zone->uz_bucket_size_max)
556                 zone->uz_bucket_size++;
557         return (zdom);
558 }
559
560 /*
561  * Search for the domain with the least cached items and return it if it
562  * is out of balance with the preferred domain.
563  */
564 static __noinline int
565 zone_domain_lowest(uma_zone_t zone, int pref)
566 {
567         long least, nitems, prefitems;
568         int domain;
569         int i;
570
571         prefitems = least = LONG_MAX;
572         domain = 0;
573         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
574                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
575                 if (nitems < least) {
576                         domain = i;
577                         least = nitems;
578                 }
579                 if (domain == pref)
580                         prefitems = nitems;
581         }
582         if (prefitems < least * 2)
583                 return (pref);
584
585         return (domain);
586 }
587
588 /*
589  * Search for the domain with the most cached items and return it or the
590  * preferred domain if it has enough to proceed.
591  */
592 static __noinline int
593 zone_domain_highest(uma_zone_t zone, int pref)
594 {
595         long most, nitems;
596         int domain;
597         int i;
598
599         if (ZDOM_GET(zone, pref)->uzd_nitems > BUCKET_MAX)
600                 return (pref);
601
602         most = 0;
603         domain = 0;
604         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
605                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
606                 if (nitems > most) {
607                         domain = i;
608                         most = nitems;
609                 }
610         }
611
612         return (domain);
613 }
614
615 /*
616  * Set the maximum imax value.
617  */
618 static void
619 zone_domain_imax_set(uma_zone_domain_t zdom, int nitems)
620 {
621         long old;
622
623         old = zdom->uzd_imax;
624         do {
625                 if (old >= nitems)
626                         return;
627         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, nitems) == 0);
628
629         /*
630          * We are at new maximum, so do the last WSS update for the old
631          * bimin and prepare to measure next allocation batch.
632          */
633         if (zdom->uzd_wss < old - zdom->uzd_bimin)
634                 zdom->uzd_wss = old - zdom->uzd_bimin;
635         zdom->uzd_bimin = nitems;
636 }
637
638 /*
639  * Attempt to satisfy an allocation by retrieving a full bucket from one of the
640  * zone's caches.  If a bucket is found the zone is not locked on return.
641  */
642 static uma_bucket_t
643 zone_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, bool reclaim)
644 {
645         uma_bucket_t bucket;
646         long cnt;
647         int i;
648         bool dtor = false;
649
650         ZDOM_LOCK_ASSERT(zdom);
651
652         if ((bucket = STAILQ_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) == NULL)
653                 return (NULL);
654
655         /* SMR Buckets can not be re-used until readers expire. */
656         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
657             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
658                 if (!smr_poll(zone->uz_smr, bucket->ub_seq, false))
659                         return (NULL);
660                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
661                 dtor = (zone->uz_dtor != NULL) || UMA_ALWAYS_CTORDTOR;
662                 if (STAILQ_NEXT(bucket, ub_link) != NULL)
663                         zdom->uzd_seq = STAILQ_NEXT(bucket, ub_link)->ub_seq;
664         }
665         STAILQ_REMOVE_HEAD(&zdom->uzd_buckets, ub_link);
666
667         KASSERT(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt,
668             ("%s: item count underflow (%ld, %d)",
669             __func__, zdom->uzd_nitems, bucket->ub_cnt));
670         KASSERT(bucket->ub_cnt > 0,
671             ("%s: empty bucket in bucket cache", __func__));
672         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
673
674         if (reclaim) {
675                 /*
676                  * Shift the bounds of the current WSS interval to avoid
677                  * perturbing the estimates.
678                  */
679                 cnt = lmin(zdom->uzd_bimin, bucket->ub_cnt);
680                 atomic_subtract_long(&zdom->uzd_imax, cnt);
681                 zdom->uzd_bimin -= cnt;
682                 zdom->uzd_imin -= lmin(zdom->uzd_imin, bucket->ub_cnt);
683                 if (zdom->uzd_limin >= bucket->ub_cnt) {
684                         zdom->uzd_limin -= bucket->ub_cnt;
685                 } else {
686                         zdom->uzd_limin = 0;
687                         zdom->uzd_timin = 0;
688                 }
689         } else if (zdom->uzd_bimin > zdom->uzd_nitems) {
690                 zdom->uzd_bimin = zdom->uzd_nitems;
691                 if (zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
692                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
693         }
694
695         ZDOM_UNLOCK(zdom);
696         if (dtor)
697                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
698                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
699                             NULL, SKIP_NONE);
700
701         return (bucket);
702 }
703
704 /*
705  * Insert a full bucket into the specified cache.  The "ws" parameter indicates
706  * whether the bucket's contents should be counted as part of the zone's working
707  * set.  The bucket may be freed if it exceeds the bucket limit.
708  */
709 static void
710 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, int domain, uma_bucket_t bucket, void *udata,
711     const bool ws)
712 {
713         uma_zone_domain_t zdom;
714
715         /* We don't cache empty buckets.  This can happen after a reclaim. */
716         if (bucket->ub_cnt == 0)
717                 goto out;
718         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
719
720         /*
721          * Conditionally set the maximum number of items.
722          */
723         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
724         if (__predict_true(zdom->uzd_nitems < zone->uz_bucket_max)) {
725                 if (ws) {
726                         zone_domain_imax_set(zdom, zdom->uzd_nitems);
727                 } else {
728                         /*
729                          * Shift the bounds of the current WSS interval to
730                          * avoid perturbing the estimates.
731                          */
732                         atomic_add_long(&zdom->uzd_imax, bucket->ub_cnt);
733                         zdom->uzd_imin += bucket->ub_cnt;
734                         zdom->uzd_bimin += bucket->ub_cnt;
735                         zdom->uzd_limin += bucket->ub_cnt;
736                 }
737                 if (STAILQ_EMPTY(&zdom->uzd_buckets))
738                         zdom->uzd_seq = bucket->ub_seq;
739
740                 /*
741                  * Try to promote reuse of recently used items.  For items
742                  * protected by SMR, try to defer reuse to minimize polling.
743                  */
744                 if (bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID)
745                         STAILQ_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
746                 else
747                         STAILQ_INSERT_TAIL(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
748                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
749                 return;
750         }
751         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
752         ZDOM_UNLOCK(zdom);
753 out:
754         bucket_free(zone, bucket, udata);
755 }
756
757 /* Pops an item out of a per-cpu cache bucket. */
758 static inline void *
759 cache_bucket_pop(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket)
760 {
761         void *item;
762
763         CRITICAL_ASSERT(curthread);
764
765         bucket->ucb_cnt--;
766         item = bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt];
767 #ifdef INVARIANTS
768         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = NULL;
769         KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
770 #endif
771         cache->uc_allocs++;
772
773         return (item);
774 }
775
776 /* Pushes an item into a per-cpu cache bucket. */
777 static inline void
778 cache_bucket_push(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket, void *item)
779 {
780
781         CRITICAL_ASSERT(curthread);
782         KASSERT(bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] == NULL,
783             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
784
785         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = item;
786         bucket->ucb_cnt++;
787         cache->uc_frees++;
788 }
789
790 /*
791  * Unload a UMA bucket from a per-cpu cache.
792  */
793 static inline uma_bucket_t
794 cache_bucket_unload(uma_cache_bucket_t bucket)
795 {
796         uma_bucket_t b;
797
798         b = bucket->ucb_bucket;
799         if (b != NULL) {
800                 MPASS(b->ub_entries == bucket->ucb_entries);
801                 b->ub_cnt = bucket->ucb_cnt;
802                 bucket->ucb_bucket = NULL;
803                 bucket->ucb_entries = bucket->ucb_cnt = 0;
804         }
805
806         return (b);
807 }
808
809 static inline uma_bucket_t
810 cache_bucket_unload_alloc(uma_cache_t cache)
811 {
812
813         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_allocbucket));
814 }
815
816 static inline uma_bucket_t
817 cache_bucket_unload_free(uma_cache_t cache)
818 {
819
820         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_freebucket));
821 }
822
823 static inline uma_bucket_t
824 cache_bucket_unload_cross(uma_cache_t cache)
825 {
826
827         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_crossbucket));
828 }
829
830 /*
831  * Load a bucket into a per-cpu cache bucket.
832  */
833 static inline void
834 cache_bucket_load(uma_cache_bucket_t bucket, uma_bucket_t b)
835 {
836
837         CRITICAL_ASSERT(curthread);
838         MPASS(bucket->ucb_bucket == NULL);
839         MPASS(b->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID);
840
841         bucket->ucb_bucket = b;
842         bucket->ucb_cnt = b->ub_cnt;
843         bucket->ucb_entries = b->ub_entries;
844 }
845
846 static inline void
847 cache_bucket_load_alloc(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
848 {
849
850         cache_bucket_load(&cache->uc_allocbucket, b);
851 }
852
853 static inline void
854 cache_bucket_load_free(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
855 {
856
857         cache_bucket_load(&cache->uc_freebucket, b);
858 }
859
860 #ifdef NUMA
861 static inline void 
862 cache_bucket_load_cross(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
863 {
864
865         cache_bucket_load(&cache->uc_crossbucket, b);
866 }
867 #endif
868
869 /*
870  * Copy and preserve ucb_spare.
871  */
872 static inline void
873 cache_bucket_copy(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
874 {
875
876         b1->ucb_bucket = b2->ucb_bucket;
877         b1->ucb_entries = b2->ucb_entries;
878         b1->ucb_cnt = b2->ucb_cnt;
879 }
880
881 /*
882  * Swap two cache buckets.
883  */
884 static inline void
885 cache_bucket_swap(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
886 {
887         struct uma_cache_bucket b3;
888
889         CRITICAL_ASSERT(curthread);
890
891         cache_bucket_copy(&b3, b1);
892         cache_bucket_copy(b1, b2);
893         cache_bucket_copy(b2, &b3);
894 }
895
896 /*
897  * Attempt to fetch a bucket from a zone on behalf of the current cpu cache.
898  */
899 static uma_bucket_t
900 cache_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, int domain)
901 {
902         uma_zone_domain_t zdom;
903         uma_bucket_t bucket;
904
905         /*
906          * Avoid the lock if possible.
907          */
908         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
909         if (zdom->uzd_nitems == 0)
910                 return (NULL);
911
912         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
913             !smr_poll(zone->uz_smr, zdom->uzd_seq, false))
914                 return (NULL);
915
916         /*
917          * Check the zone's cache of buckets.
918          */
919         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
920         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL)
921                 return (bucket);
922         ZDOM_UNLOCK(zdom);
923
924         return (NULL);
925 }
926
927 static void
928 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
929 {
930         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
931
932         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
933                 return;
934
935         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
936                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
937 }
938
939 static inline void
940 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
941 {
942
943         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
944                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
945 }
946
947 /*
948  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
949  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
950  *
951  * Arguments:
952  *      arg   Unused
953  *
954  * Returns:
955  *      Nothing
956  */
957 static void
958 uma_timeout(void *unused)
959 {
960         bucket_enable();
961         zone_foreach(zone_timeout, NULL);
962
963         /* Reschedule this event */
964         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
965 }
966
967 /*
968  * Update the working set size estimates for the zone's bucket cache.
969  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.
970  */
971 static void
972 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
973 {
974         long m;
975
976         ZDOM_LOCK_ASSERT(zdom);
977         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_nitems);
978         MPASS(zdom->uzd_nitems >= zdom->uzd_bimin);
979         MPASS(zdom->uzd_bimin >= zdom->uzd_imin);
980
981         /*
982          * Estimate WSS as modified moving average of biggest allocation
983          * batches for each period over few minutes (UMA_TIMEOUT of 20s).
984          */
985         zdom->uzd_wss = lmax(zdom->uzd_wss * 3 / 4,
986             zdom->uzd_imax - zdom->uzd_bimin);
987
988         /*
989          * Estimate longtime minimum item count as a combination of recent
990          * minimum item count, adjusted by WSS for safety, and the modified
991          * moving average over the last several hours (UMA_TIMEOUT of 20s).
992          * timin measures time since limin tried to go negative, that means
993          * we were dangerously close to or got out of cache.
994          */
995         m = zdom->uzd_imin - zdom->uzd_wss;
996         if (m >= 0) {
997                 if (zdom->uzd_limin >= m)
998                         zdom->uzd_limin = m;
999                 else
1000                         zdom->uzd_limin = (m + zdom->uzd_limin * 255) / 256;
1001                 zdom->uzd_timin++;
1002         } else {
1003                 zdom->uzd_limin = 0;
1004                 zdom->uzd_timin = 0;
1005         }
1006
1007         /* To reduce period edge effects on WSS keep half of the imax. */
1008         atomic_subtract_long(&zdom->uzd_imax,
1009             (zdom->uzd_imax - zdom->uzd_nitems + 1) / 2);
1010         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_bimin = zdom->uzd_nitems;
1011 }
1012
1013 /*
1014  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
1015  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
1016  *
1017  *  Returns nothing.
1018  */
1019 static void
1020 zone_timeout(uma_zone_t zone, void *unused)
1021 {
1022         uma_keg_t keg;
1023         u_int slabs, pages;
1024
1025         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
1026                 goto trim;
1027
1028         keg = zone->uz_keg;
1029
1030         /*
1031          * Hash zones are non-numa by definition so the first domain
1032          * is the only one present.
1033          */
1034         KEG_LOCK(keg, 0);
1035         pages = keg->uk_domain[0].ud_pages;
1036
1037         /*
1038          * Expand the keg hash table.
1039          *
1040          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
1041          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
1042          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
1043          */
1044         if ((slabs = pages / keg->uk_ppera) > keg->uk_hash.uh_hashsize) {
1045                 struct uma_hash newhash;
1046                 struct uma_hash oldhash;
1047                 int ret;
1048
1049                 /*
1050                  * This is so involved because allocating and freeing
1051                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
1052                  * I have to do everything in stages and check for
1053                  * races.
1054                  */
1055                 KEG_UNLOCK(keg, 0);
1056                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
1057                 KEG_LOCK(keg, 0);
1058                 if (ret) {
1059                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
1060                                 oldhash = keg->uk_hash;
1061                                 keg->uk_hash = newhash;
1062                         } else
1063                                 oldhash = newhash;
1064
1065                         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1066                         hash_free(&oldhash);
1067                         goto trim;
1068                 }
1069         }
1070         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1071
1072 trim:
1073         /* Trim caches not used for a long time. */
1074         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
1075                 if (bucket_cache_reclaim_domain(zone, false, false, i) &&
1076                     (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0)
1077                         keg_drain(zone->uz_keg, i);
1078         }
1079 }
1080
1081 /*
1082  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
1083  * backing store.
1084  *
1085  * Arguments:
1086  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
1087  *
1088  * Returns:
1089  *      1 on success and 0 on failure.
1090  */
1091 static int
1092 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
1093 {
1094         size_t alloc;
1095
1096         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
1097         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
1098                 hash->uh_hashsize = size;
1099                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
1100                 hash->uh_slab_hash = malloc(alloc, M_UMAHASH, M_NOWAIT);
1101         } else {
1102                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
1103                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
1104                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
1105                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
1106         }
1107         if (hash->uh_slab_hash) {
1108                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
1109                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
1110                 return (1);
1111         }
1112
1113         return (0);
1114 }
1115
1116 /*
1117  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
1118  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
1119  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
1120  *
1121  * Arguments:
1122  *      oldhash  The hash you want to expand
1123  *      newhash  The hash structure for the new table
1124  *
1125  * Returns:
1126  *      Nothing
1127  *
1128  * Discussion:
1129  */
1130 static int
1131 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
1132 {
1133         uma_hash_slab_t slab;
1134         u_int hval;
1135         u_int idx;
1136
1137         if (!newhash->uh_slab_hash)
1138                 return (0);
1139
1140         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
1141                 return (0);
1142
1143         /*
1144          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
1145          * full rehash.
1146          */
1147
1148         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
1149                 while (!LIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
1150                         slab = LIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
1151                         LIST_REMOVE(slab, uhs_hlink);
1152                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->uhs_data);
1153                         LIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
1154                             slab, uhs_hlink);
1155                 }
1156
1157         return (1);
1158 }
1159
1160 /*
1161  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
1162  *
1163  * Arguments:
1164  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
1165  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
1166  *
1167  * Returns:
1168  *      Nothing
1169  */
1170 static void
1171 hash_free(struct uma_hash *hash)
1172 {
1173         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
1174                 return;
1175         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
1176                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
1177         else
1178                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
1179 }
1180
1181 /*
1182  * Frees all outstanding items in a bucket
1183  *
1184  * Arguments:
1185  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
1186  *      bucket The free/alloc bucket with items.
1187  *
1188  * Returns:
1189  *      Nothing
1190  */
1191 static void
1192 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
1193 {
1194         int i;
1195
1196         if (bucket->ub_cnt == 0)
1197                 return;
1198
1199         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
1200             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
1201                 smr_wait(zone->uz_smr, bucket->ub_seq);
1202                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
1203                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1204                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i],
1205                             zone->uz_size, NULL, SKIP_NONE);
1206         }
1207         if (zone->uz_fini)
1208                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
1209                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
1210         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
1211         if (zone->uz_max_items > 0)
1212                 zone_free_limit(zone, bucket->ub_cnt);
1213 #ifdef INVARIANTS
1214         bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * bucket->ub_cnt);
1215 #endif
1216         bucket->ub_cnt = 0;
1217 }
1218
1219 /*
1220  * Drains the per cpu caches for a zone.
1221  *
1222  * NOTE: This may only be called while the zone is being torn down, and not
1223  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
1224  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
1225  *
1226  * Arguments:
1227  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
1228  *
1229  * Returns:
1230  *      Nothing
1231  */
1232 static void
1233 cache_drain(uma_zone_t zone)
1234 {
1235         uma_cache_t cache;
1236         uma_bucket_t bucket;
1237         smr_seq_t seq;
1238         int cpu;
1239
1240         /*
1241          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
1242          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
1243          * of the caches at this point.
1244          *
1245          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
1246          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
1247          */
1248         seq = SMR_SEQ_INVALID;
1249         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
1250                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
1251         CPU_FOREACH(cpu) {
1252                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1253                 bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1254                 if (bucket != NULL)
1255                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1256                 bucket = cache_bucket_unload_free(cache);
1257                 if (bucket != NULL) {
1258                         bucket->ub_seq = seq;
1259                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1260                 }
1261                 bucket = cache_bucket_unload_cross(cache);
1262                 if (bucket != NULL) {
1263                         bucket->ub_seq = seq;
1264                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1265                 }
1266         }
1267         bucket_cache_reclaim(zone, true, UMA_ANYDOMAIN);
1268 }
1269
1270 static void
1271 cache_shrink(uma_zone_t zone, void *unused)
1272 {
1273
1274         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1275                 return;
1276
1277         ZONE_LOCK(zone);
1278         zone->uz_bucket_size =
1279             (zone->uz_bucket_size_min + zone->uz_bucket_size) / 2;
1280         ZONE_UNLOCK(zone);
1281 }
1282
1283 static void
1284 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone, void *unused)
1285 {
1286         uma_cache_t cache;
1287         uma_bucket_t b1, b2, b3;
1288         int domain;
1289
1290         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1291                 return;
1292
1293         b1 = b2 = b3 = NULL;
1294         critical_enter();
1295         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
1296         domain = PCPU_GET(domain);
1297         b1 = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1298
1299         /*
1300          * Don't flush SMR zone buckets.  This leaves the zone without a
1301          * bucket and forces every free to synchronize().
1302          */
1303         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0) {
1304                 b2 = cache_bucket_unload_free(cache);
1305                 b3 = cache_bucket_unload_cross(cache);
1306         }
1307         critical_exit();
1308
1309         if (b1 != NULL)
1310                 zone_free_bucket(zone, b1, NULL, domain, false);
1311         if (b2 != NULL)
1312                 zone_free_bucket(zone, b2, NULL, domain, false);
1313         if (b3 != NULL) {
1314                 /* Adjust the domain so it goes to zone_free_cross. */
1315                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
1316                 zone_free_bucket(zone, b3, NULL, domain, false);
1317         }
1318 }
1319
1320 /*
1321  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
1322  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
1323  * one by one and enter a critical section on each of them in order
1324  * to safely access their cache buckets.
1325  * Zone lock must not be held on call this function.
1326  */
1327 static void
1328 pcpu_cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
1329 {
1330         int cpu;
1331
1332         /*
1333          * Polite bucket sizes shrinking was not enough, shrink aggressively.
1334          */
1335         if (zone)
1336                 cache_shrink(zone, NULL);
1337         else
1338                 zone_foreach(cache_shrink, NULL);
1339
1340         CPU_FOREACH(cpu) {
1341                 thread_lock(curthread);
1342                 sched_bind(curthread, cpu);
1343                 thread_unlock(curthread);
1344
1345                 if (zone)
1346                         cache_drain_safe_cpu(zone, NULL);
1347                 else
1348                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu, NULL);
1349         }
1350         thread_lock(curthread);
1351         sched_unbind(curthread);
1352         thread_unlock(curthread);
1353 }
1354
1355 /*
1356  * Reclaim cached buckets from a zone.  All buckets are reclaimed if the caller
1357  * requested a drain, otherwise the per-domain caches are trimmed to either
1358  * estimated working set size.
1359  */
1360 static bool
1361 bucket_cache_reclaim_domain(uma_zone_t zone, bool drain, bool trim, int domain)
1362 {
1363         uma_zone_domain_t zdom;
1364         uma_bucket_t bucket;
1365         long target;
1366         bool done = false;
1367
1368         /*
1369          * The cross bucket is partially filled and not part of
1370          * the item count.  Reclaim it individually here.
1371          */
1372         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
1373         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 || drain) {
1374                 ZONE_CROSS_LOCK(zone);
1375                 bucket = zdom->uzd_cross;
1376                 zdom->uzd_cross = NULL;
1377                 ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
1378                 if (bucket != NULL)
1379                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1380         }
1381
1382         /*
1383          * If we were asked to drain the zone, we are done only once
1384          * this bucket cache is empty.  If trim, we reclaim items in
1385          * excess of the zone's estimated working set size.  Multiple
1386          * consecutive calls will shrink the WSS and so reclaim more.
1387          * If neither drain nor trim, then voluntarily reclaim 1/4
1388          * (to reduce first spike) of items not used for a long time.
1389          */
1390         ZDOM_LOCK(zdom);
1391         zone_domain_update_wss(zdom);
1392         if (drain)
1393                 target = 0;
1394         else if (trim)
1395                 target = zdom->uzd_wss;
1396         else if (zdom->uzd_timin > 900 / UMA_TIMEOUT)
1397                 target = zdom->uzd_nitems - zdom->uzd_limin / 4;
1398         else {
1399                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
1400                 return (done);
1401         }
1402         while ((bucket = STAILQ_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL &&
1403             zdom->uzd_nitems >= target + bucket->ub_cnt) {
1404                 bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, true);
1405                 if (bucket == NULL)
1406                         break;
1407                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
1408                 done = true;
1409                 ZDOM_LOCK(zdom);
1410         }
1411         ZDOM_UNLOCK(zdom);
1412         return (done);
1413 }
1414
1415 static void
1416 bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool drain, int domain)
1417 {
1418         int i;
1419
1420         /*
1421          * Shrink the zone bucket size to ensure that the per-CPU caches
1422          * don't grow too large.
1423          */
1424         if (zone->uz_bucket_size > zone->uz_bucket_size_min)
1425                 zone->uz_bucket_size--;
1426
1427         if (domain != UMA_ANYDOMAIN &&
1428             (zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) == 0) {
1429                 bucket_cache_reclaim_domain(zone, drain, true, domain);
1430         } else {
1431                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1432                         bucket_cache_reclaim_domain(zone, drain, true, i);
1433         }
1434 }
1435
1436 static void
1437 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
1438 {
1439         uint8_t *mem;
1440         int i;
1441         uint8_t flags;
1442
1443         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
1444             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1445
1446         mem = slab_data(slab, keg);
1447         flags = slab->us_flags;
1448         i = start;
1449         if (keg->uk_fini != NULL) {
1450                 for (i--; i > -1; i--)
1451 #ifdef INVARIANTS
1452                 /*
1453                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
1454                  * would check that memory hasn't been modified since free,
1455                  * which executed trash_dtor.
1456                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
1457                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
1458                  * invocations.
1459                  */
1460                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab_item(slab, keg, i)) ||
1461                     keg->uk_fini != trash_fini)
1462 #endif
1463                         keg->uk_fini(slab_item(slab, keg, i), keg->uk_size);
1464         }
1465         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1466                 zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers), slab_tohashslab(slab),
1467                     NULL, SKIP_NONE);
1468         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
1469         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1470 }
1471
1472 static void
1473 keg_drain_domain(uma_keg_t keg, int domain)
1474 {
1475         struct slabhead freeslabs;
1476         uma_domain_t dom;
1477         uma_slab_t slab, tmp;
1478         uint32_t i, stofree, stokeep, partial;
1479
1480         dom = &keg->uk_domain[domain];
1481         LIST_INIT(&freeslabs);
1482
1483         CTR4(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) domain %d free items: %u",
1484             keg->uk_name, keg, domain, dom->ud_free_items);
1485
1486         KEG_LOCK(keg, domain);
1487
1488         /*
1489          * Are the free items in partially allocated slabs sufficient to meet
1490          * the reserve? If not, compute the number of fully free slabs that must
1491          * be kept.
1492          */
1493         partial = dom->ud_free_items - dom->ud_free_slabs * keg->uk_ipers;
1494         if (partial < keg->uk_reserve) {
1495                 stokeep = min(dom->ud_free_slabs,
1496                     howmany(keg->uk_reserve - partial, keg->uk_ipers));
1497         } else {
1498                 stokeep = 0;
1499         }
1500         stofree = dom->ud_free_slabs - stokeep;
1501
1502         /*
1503          * Partition the free slabs into two sets: those that must be kept in
1504          * order to maintain the reserve, and those that may be released back to
1505          * the system.  Since one set may be much larger than the other,
1506          * populate the smaller of the two sets and swap them if necessary.
1507          */
1508         for (i = min(stofree, stokeep); i > 0; i--) {
1509                 slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
1510                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
1511                 LIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_link);
1512         }
1513         if (stofree > stokeep)
1514                 LIST_SWAP(&freeslabs, &dom->ud_free_slab, uma_slab, us_link);
1515
1516         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0) {
1517                 LIST_FOREACH(slab, &freeslabs, us_link)
1518                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab);
1519         }
1520         dom->ud_free_items -= stofree * keg->uk_ipers;
1521         dom->ud_free_slabs -= stofree;
1522         dom->ud_pages -= stofree * keg->uk_ppera;
1523         KEG_UNLOCK(keg, domain);
1524
1525         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &freeslabs, us_link, tmp)
1526                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1527 }
1528
1529 /*
1530  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
1531  * the pageout daemon.
1532  *
1533  * Returns nothing.
1534  */
1535 static void
1536 keg_drain(uma_keg_t keg, int domain)
1537 {
1538         int i;
1539
1540         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE) != 0)
1541                 return;
1542         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
1543                 keg_drain_domain(keg, domain);
1544         } else {
1545                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1546                         keg_drain_domain(keg, i);
1547         }
1548 }
1549
1550 static void
1551 zone_reclaim(uma_zone_t zone, int domain, int waitok, bool drain)
1552 {
1553         /*
1554          * Count active reclaim operations in order to interlock with
1555          * zone_dtor(), which removes the zone from global lists before
1556          * attempting to reclaim items itself.
1557          *
1558          * The zone may be destroyed while sleeping, so only zone_dtor() should
1559          * specify M_WAITOK.
1560          */
1561         ZONE_LOCK(zone);
1562         if (waitok == M_WAITOK) {
1563                 while (zone->uz_reclaimers > 0)
1564                         msleep(zone, ZONE_LOCKPTR(zone), PVM, "zonedrain", 1);
1565         }
1566         zone->uz_reclaimers++;
1567         ZONE_UNLOCK(zone);
1568         bucket_cache_reclaim(zone, drain, domain);
1569
1570         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0)
1571                 keg_drain(zone->uz_keg, domain);
1572         ZONE_LOCK(zone);
1573         zone->uz_reclaimers--;
1574         if (zone->uz_reclaimers == 0)
1575                 wakeup(zone);
1576         ZONE_UNLOCK(zone);
1577 }
1578
1579 static void
1580 zone_drain(uma_zone_t zone, void *arg)
1581 {
1582         int domain;
1583
1584         domain = (int)(uintptr_t)arg;
1585         zone_reclaim(zone, domain, M_NOWAIT, true);
1586 }
1587
1588 static void
1589 zone_trim(uma_zone_t zone, void *arg)
1590 {
1591         int domain;
1592
1593         domain = (int)(uintptr_t)arg;
1594         zone_reclaim(zone, domain, M_NOWAIT, false);
1595 }
1596
1597 /*
1598  * Allocate a new slab for a keg and inserts it into the partial slab list.
1599  * The keg should be unlocked on entry.  If the allocation succeeds it will
1600  * be locked on return.
1601  *
1602  * Arguments:
1603  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1604  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1605  *
1606  * Returns:
1607  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1608  *      caller specified M_NOWAIT.
1609  */
1610 static uma_slab_t
1611 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1612     int aflags)
1613 {
1614         uma_domain_t dom;
1615         uma_alloc allocf;
1616         uma_slab_t slab;
1617         unsigned long size;
1618         uint8_t *mem;
1619         uint8_t sflags;
1620         int i;
1621
1622         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1623             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1624
1625         allocf = keg->uk_allocf;
1626         slab = NULL;
1627         mem = NULL;
1628         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) {
1629                 uma_hash_slab_t hslab;
1630                 hslab = zone_alloc_item(slabzone(keg->uk_ipers), NULL,
1631                     domain, aflags);
1632                 if (hslab == NULL)
1633                         goto fail;
1634                 slab = &hslab->uhs_slab;
1635         }
1636
1637         /*
1638          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1639          * first time they are added to a zone.
1640          *
1641          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1642          */
1643
1644         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1645                 aflags |= M_ZERO;
1646         else
1647                 aflags &= ~M_ZERO;
1648
1649         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1650                 aflags |= M_NODUMP;
1651
1652         /* zone is passed for legacy reasons. */
1653         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1654         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1655         if (mem == NULL) {
1656                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1657                         zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers),
1658                             slab_tohashslab(slab), NULL, SKIP_NONE);
1659                 goto fail;
1660         }
1661         uma_total_inc(size);
1662
1663         /* For HASH zones all pages go to the same uma_domain. */
1664         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
1665                 domain = 0;
1666
1667         /* Point the slab into the allocated memory */
1668         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE))
1669                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1670         else
1671                 slab_tohashslab(slab)->uhs_data = mem;
1672
1673         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
1674                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1675                         vsetzoneslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
1676                             zone, slab);
1677
1678         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1679         slab->us_flags = sflags;
1680         slab->us_domain = domain;
1681
1682         BIT_FILL(keg->uk_ipers, &slab->us_free);
1683 #ifdef INVARIANTS
1684         BIT_ZERO(keg->uk_ipers, slab_dbg_bits(slab, keg));
1685 #endif
1686
1687         if (keg->uk_init != NULL) {
1688                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1689                         if (keg->uk_init(slab_item(slab, keg, i),
1690                             keg->uk_size, flags) != 0)
1691                                 break;
1692                 if (i != keg->uk_ipers) {
1693                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1694                         goto fail;
1695                 }
1696         }
1697         KEG_LOCK(keg, domain);
1698
1699         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1700             slab, keg->uk_name, keg);
1701
1702         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
1703                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1704
1705         /*
1706          * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
1707          * and return.  We assume that the caller is going to remove
1708          * at least one item.
1709          */
1710         dom = &keg->uk_domain[domain];
1711         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
1712         dom->ud_pages += keg->uk_ppera;
1713         dom->ud_free_items += keg->uk_ipers;
1714
1715         return (slab);
1716
1717 fail:
1718         return (NULL);
1719 }
1720
1721 /*
1722  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc().  It
1723  * performs contiguous physical memory allocations and uses a bump allocator for
1724  * KVA, so is usable before the kernel map is initialized.
1725  */
1726 static void *
1727 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1728     int wait)
1729 {
1730         vm_paddr_t pa;
1731         vm_page_t m;
1732         void *mem;
1733         int pages;
1734         int i;
1735
1736         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1737         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1738
1739         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1740         m = vm_page_alloc_contig_domain(NULL, 0, domain,
1741             malloc2vm_flags(wait) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED, pages, 
1742             (vm_paddr_t)0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
1743         if (m == NULL)
1744                 return (NULL);
1745
1746         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1747         for (i = 0; i < pages; i++, pa += PAGE_SIZE) {
1748 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1749     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1750                 if ((wait & M_NODUMP) == 0)
1751                         dump_add_page(pa);
1752 #endif
1753         }
1754         /* Allocate KVA and indirectly advance bootmem. */
1755         mem = (void *)pmap_map(&bootmem, m->phys_addr,
1756             m->phys_addr + (pages * PAGE_SIZE), VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
1757         if ((wait & M_ZERO) != 0)
1758                 bzero(mem, pages * PAGE_SIZE);
1759
1760         return (mem);
1761 }
1762
1763 static void
1764 startup_free(void *mem, vm_size_t bytes)
1765 {
1766         vm_offset_t va;
1767         vm_page_t m;
1768
1769         va = (vm_offset_t)mem;
1770         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
1771
1772         /*
1773          * startup_alloc() returns direct-mapped slabs on some platforms.  Avoid
1774          * unmapping ranges of the direct map.
1775          */
1776         if (va >= bootstart && va + bytes <= bootmem)
1777                 pmap_remove(kernel_pmap, va, va + bytes);
1778         for (; bytes != 0; bytes -= PAGE_SIZE, m++) {
1779 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1780     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1781                 dump_drop_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1782 #endif
1783                 vm_page_unwire_noq(m);
1784                 vm_page_free(m);
1785         }
1786 }
1787
1788 /*
1789  * Allocates a number of pages from the system
1790  *
1791  * Arguments:
1792  *      bytes  The number of bytes requested
1793  *      wait  Shall we wait?
1794  *
1795  * Returns:
1796  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1797  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1798  */
1799 static void *
1800 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1801     int wait)
1802 {
1803         void *p;        /* Returned page */
1804
1805         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1806         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1807
1808         return (p);
1809 }
1810
1811 static void *
1812 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1813     int wait)
1814 {
1815         struct pglist alloctail;
1816         vm_offset_t addr, zkva;
1817         int cpu, flags;
1818         vm_page_t p, p_next;
1819 #ifdef NUMA
1820         struct pcpu *pc;
1821 #endif
1822
1823         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1824
1825         TAILQ_INIT(&alloctail);
1826         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1827             malloc2vm_flags(wait);
1828         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1829         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1830                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1831                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1832                 } else {
1833 #ifndef NUMA
1834                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1835 #else
1836                         pc = pcpu_find(cpu);
1837                         if (__predict_false(VM_DOMAIN_EMPTY(pc->pc_domain)))
1838                                 p = NULL;
1839                         else
1840                                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1841                                     pc->pc_domain, flags);
1842                         if (__predict_false(p == NULL))
1843                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1844 #endif
1845                 }
1846                 if (__predict_false(p == NULL))
1847                         goto fail;
1848                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1849         }
1850         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1851                 goto fail;
1852         zkva = addr;
1853         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1854                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1855                 zkva += PAGE_SIZE;
1856         }
1857         return ((void*)addr);
1858 fail:
1859         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1860                 vm_page_unwire_noq(p);
1861                 vm_page_free(p);
1862         }
1863         return (NULL);
1864 }
1865
1866 /*
1867  * Allocates a number of pages from within an object
1868  *
1869  * Arguments:
1870  *      bytes  The number of bytes requested
1871  *      wait   Shall we wait?
1872  *
1873  * Returns:
1874  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1875  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1876  */
1877 static void *
1878 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1879     int wait)
1880 {
1881         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1882         u_long npages;
1883         vm_offset_t retkva, zkva;
1884         vm_page_t p, p_next;
1885         uma_keg_t keg;
1886
1887         TAILQ_INIT(&alloctail);
1888         keg = zone->uz_keg;
1889
1890         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1891         while (npages > 0) {
1892                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1893                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1894                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1895                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1896                 if (p != NULL) {
1897                         /*
1898                          * Since the page does not belong to an object, its
1899                          * listq is unused.
1900                          */
1901                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1902                         npages--;
1903                         continue;
1904                 }
1905                 /*
1906                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1907                  * exit.
1908                  */
1909                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1910                         vm_page_unwire_noq(p);
1911                         vm_page_free(p); 
1912                 }
1913                 return (NULL);
1914         }
1915         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1916         zkva = keg->uk_kva +
1917             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1918         retkva = zkva;
1919         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1920                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1921                 zkva += PAGE_SIZE;
1922         }
1923
1924         return ((void *)retkva);
1925 }
1926
1927 /*
1928  * Allocate physically contiguous pages.
1929  */
1930 static void *
1931 contig_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1932     int wait)
1933 {
1934
1935         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1936         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
1937             bytes, wait, 0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
1938 }
1939
1940 /*
1941  * Frees a number of pages to the system
1942  *
1943  * Arguments:
1944  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1945  *      size  The size of the memory being freed
1946  *      flags The original p->us_flags field
1947  *
1948  * Returns:
1949  *      Nothing
1950  */
1951 static void
1952 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1953 {
1954
1955         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1956                 startup_free(mem, size);
1957                 return;
1958         }
1959
1960         KASSERT((flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
1961             ("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags));
1962
1963         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1964 }
1965
1966 /*
1967  * Frees pcpu zone allocations
1968  *
1969  * Arguments:
1970  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1971  *      size  The size of the memory being freed
1972  *      flags The original p->us_flags field
1973  *
1974  * Returns:
1975  *      Nothing
1976  */
1977 static void
1978 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1979 {
1980         vm_offset_t sva, curva;
1981         vm_paddr_t paddr;
1982         vm_page_t m;
1983
1984         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1985
1986         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1987                 startup_free(mem, size);
1988                 return;
1989         }
1990
1991         sva = (vm_offset_t)mem;
1992         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1993                 paddr = pmap_kextract(curva);
1994                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1995                 vm_page_unwire_noq(m);
1996                 vm_page_free(m);
1997         }
1998         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1999         kva_free(sva, size);
2000 }
2001
2002 /*
2003  * Zero fill initializer
2004  *
2005  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
2006  */
2007 static int
2008 zero_init(void *mem, int size, int flags)
2009 {
2010         bzero(mem, size);
2011         return (0);
2012 }
2013
2014 #ifdef INVARIANTS
2015 static struct noslabbits *
2016 slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg)
2017 {
2018
2019         return ((void *)((char *)&slab->us_free + BITSET_SIZE(keg->uk_ipers)));
2020 }
2021 #endif
2022
2023 /*
2024  * Actual size of embedded struct slab (!OFFPAGE).
2025  */
2026 static size_t
2027 slab_sizeof(int nitems)
2028 {
2029         size_t s;
2030
2031         s = sizeof(struct uma_slab) + BITSET_SIZE(nitems) * SLAB_BITSETS;
2032         return (roundup(s, UMA_ALIGN_PTR + 1));
2033 }
2034
2035 #define UMA_FIXPT_SHIFT 31
2036 #define UMA_FRAC_FIXPT(n, d)                                            \
2037         ((uint32_t)(((uint64_t)(n) << UMA_FIXPT_SHIFT) / (d)))
2038 #define UMA_FIXPT_PCT(f)                                                \
2039         ((u_int)(((uint64_t)100 * (f)) >> UMA_FIXPT_SHIFT))
2040 #define UMA_PCT_FIXPT(pct)      UMA_FRAC_FIXPT((pct), 100)
2041 #define UMA_MIN_EFF     UMA_PCT_FIXPT(100 - UMA_MAX_WASTE)
2042
2043 /*
2044  * Compute the number of items that will fit in a slab.  If hdr is true, the
2045  * item count may be limited to provide space in the slab for an inline slab
2046  * header.  Otherwise, all slab space will be provided for item storage.
2047  */
2048 static u_int
2049 slab_ipers_hdr(u_int size, u_int rsize, u_int slabsize, bool hdr)
2050 {
2051         u_int ipers;
2052         u_int padpi;
2053
2054         /* The padding between items is not needed after the last item. */
2055         padpi = rsize - size;
2056
2057         if (hdr) {
2058                 /*
2059                  * Start with the maximum item count and remove items until
2060                  * the slab header first alongside the allocatable memory.
2061                  */
2062                 for (ipers = MIN(SLAB_MAX_SETSIZE,
2063                     (slabsize + padpi - slab_sizeof(1)) / rsize);
2064                     ipers > 0 &&
2065                     ipers * rsize - padpi + slab_sizeof(ipers) > slabsize;
2066                     ipers--)
2067                         continue;
2068         } else {
2069                 ipers = MIN((slabsize + padpi) / rsize, SLAB_MAX_SETSIZE);
2070         }
2071
2072         return (ipers);
2073 }
2074
2075 struct keg_layout_result {
2076         u_int format;
2077         u_int slabsize;
2078         u_int ipers;
2079         u_int eff;
2080 };
2081
2082 static void
2083 keg_layout_one(uma_keg_t keg, u_int rsize, u_int slabsize, u_int fmt,
2084     struct keg_layout_result *kl)
2085 {
2086         u_int total;
2087
2088         kl->format = fmt;
2089         kl->slabsize = slabsize;
2090
2091         /* Handle INTERNAL as inline with an extra page. */
2092         if ((fmt & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0) {
2093                 kl->format &= ~UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2094                 kl->slabsize += PAGE_SIZE;
2095         }
2096
2097         kl->ipers = slab_ipers_hdr(keg->uk_size, rsize, kl->slabsize,
2098             (fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) == 0);
2099
2100         /* Account for memory used by an offpage slab header. */
2101         total = kl->slabsize;
2102         if ((fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
2103                 total += slabzone(kl->ipers)->uz_keg->uk_rsize;
2104
2105         kl->eff = UMA_FRAC_FIXPT(kl->ipers * rsize, total);
2106 }
2107
2108 /*
2109  * Determine the format of a uma keg.  This determines where the slab header
2110  * will be placed (inline or offpage) and calculates ipers, rsize, and ppera.
2111  *
2112  * Arguments
2113  *      keg  The zone we should initialize
2114  *
2115  * Returns
2116  *      Nothing
2117  */
2118 static void
2119 keg_layout(uma_keg_t keg)
2120 {
2121         struct keg_layout_result kl = {}, kl_tmp;
2122         u_int fmts[2];
2123         u_int alignsize;
2124         u_int nfmt;
2125         u_int pages;
2126         u_int rsize;
2127         u_int slabsize;
2128         u_int i, j;
2129
2130         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
2131             (keg->uk_size <= UMA_PCPU_ALLOC_SIZE &&
2132              (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) == 0),
2133             ("%s: cannot configure for PCPU: keg=%s, size=%u, flags=0x%b",
2134              __func__, keg->uk_name, keg->uk_size, keg->uk_flags,
2135              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2136         KASSERT((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) == 0 ||
2137             (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0,
2138             ("%s: incompatible flags 0x%b", __func__, keg->uk_flags,
2139              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2140
2141         alignsize = keg->uk_align + 1;
2142
2143         /*
2144          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
2145          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
2146          * allocation bits for we round it up.
2147          */
2148         rsize = MAX(keg->uk_size, UMA_SMALLEST_UNIT);
2149         rsize = roundup2(rsize, alignsize);
2150
2151         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) != 0) {
2152                 /*
2153                  * We want one item to start on every align boundary in a page.
2154                  * To do this we will span pages.  We will also extend the item
2155                  * by the size of align if it is an even multiple of align.
2156                  * Otherwise, it would fall on the same boundary every time.
2157                  */
2158                 if ((rsize & alignsize) == 0)
2159                         rsize += alignsize;
2160                 slabsize = rsize * (PAGE_SIZE / alignsize);
2161                 slabsize = MIN(slabsize, rsize * SLAB_MAX_SETSIZE);
2162                 slabsize = MIN(slabsize, UMA_CACHESPREAD_MAX_SIZE);
2163                 slabsize = round_page(slabsize);
2164         } else {
2165                 /*
2166                  * Start with a slab size of as many pages as it takes to
2167                  * represent a single item.  We will try to fit as many
2168                  * additional items into the slab as possible.
2169                  */
2170                 slabsize = round_page(keg->uk_size);
2171         }
2172
2173         /* Build a list of all of the available formats for this keg. */
2174         nfmt = 0;
2175
2176         /* Evaluate an inline slab layout. */
2177         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0)
2178                 fmts[nfmt++] = 0;
2179
2180         /* TODO: vm_page-embedded slab. */
2181
2182         /*
2183          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
2184          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
2185          * may end up going to the VM for slabs which we do not want
2186          * to do if we're UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
2187          * In those cases, evaluate a pseudo-format called INTERNAL
2188          * which has an inline slab header and one extra page to
2189          * guarantee that it fits.
2190          *
2191          * Otherwise, see if using an OFFPAGE slab will improve our
2192          * efficiency.
2193          */
2194         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) != 0)
2195                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2196         else
2197                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_OFFPAGE;
2198
2199         /*
2200          * Choose a slab size and format which satisfy the minimum efficiency.
2201          * Prefer the smallest slab size that meets the constraints.
2202          *
2203          * Start with a minimum slab size, to accommodate CACHESPREAD.  Then,
2204          * for small items (up to PAGE_SIZE), the iteration increment is one
2205          * page; and for large items, the increment is one item.
2206          */
2207         i = (slabsize + rsize - keg->uk_size) / MAX(PAGE_SIZE, rsize);
2208         KASSERT(i >= 1, ("keg %s(%p) flags=0x%b slabsize=%u, rsize=%u, i=%u",
2209             keg->uk_name, keg, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, slabsize,
2210             rsize, i));
2211         for ( ; ; i++) {
2212                 slabsize = (rsize <= PAGE_SIZE) ? ptoa(i) :
2213                     round_page(rsize * (i - 1) + keg->uk_size);
2214
2215                 for (j = 0; j < nfmt; j++) {
2216                         /* Only if we have no viable format yet. */
2217                         if ((fmts[j] & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0 &&
2218                             kl.ipers > 0)
2219                                 continue;
2220
2221                         keg_layout_one(keg, rsize, slabsize, fmts[j], &kl_tmp);
2222                         if (kl_tmp.eff <= kl.eff)
2223                                 continue;
2224
2225                         kl = kl_tmp;
2226
2227                         CTR6(KTR_UMA, "keg %s layout: format %#x "
2228                             "(ipers %u * rsize %u) / slabsize %#x = %u%% eff",
2229                             keg->uk_name, kl.format, kl.ipers, rsize,
2230                             kl.slabsize, UMA_FIXPT_PCT(kl.eff));
2231
2232                         /* Stop when we reach the minimum efficiency. */
2233                         if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF)
2234                                 break;
2235                 }
2236
2237                 if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF || !multipage_slabs ||
2238                     slabsize >= SLAB_MAX_SETSIZE * rsize ||
2239                     (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_PCPU | UMA_ZONE_CONTIG)) != 0)
2240                         break;
2241         }
2242
2243         pages = atop(kl.slabsize);
2244         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
2245                 pages *= mp_maxid + 1;
2246
2247         keg->uk_rsize = rsize;
2248         keg->uk_ipers = kl.ipers;
2249         keg->uk_ppera = pages;
2250         keg->uk_flags |= kl.format;
2251
2252         /*
2253          * How do we find the slab header if it is offpage or if not all item
2254          * start addresses are in the same page?  We could solve the latter
2255          * case with vaddr alignment, but we don't.
2256          */
2257         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0 ||
2258             (keg->uk_ipers - 1) * rsize >= PAGE_SIZE) {
2259                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOTPAGE) != 0)
2260                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_HASH;
2261                 else
2262                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2263         }
2264
2265         CTR6(KTR_UMA, "%s: keg=%s, flags=%#x, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u",
2266             __func__, keg->uk_name, keg->uk_flags, rsize, keg->uk_ipers,
2267             pages);
2268         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_MAX_SETSIZE,
2269             ("%s: keg=%s, flags=0x%b, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u", __func__,
2270              keg->uk_name, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, rsize,
2271              keg->uk_ipers, pages));
2272 }
2273
2274 /*
2275  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
2276  * the keg onto the global keg list.
2277  *
2278  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2279  *      udata  Actually uma_kctor_args
2280  */
2281 static int
2282 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2283 {
2284         struct uma_kctor_args *arg = udata;
2285         uma_keg_t keg = mem;
2286         uma_zone_t zone;
2287         int i;
2288
2289         bzero(keg, size);
2290         keg->uk_size = arg->size;
2291         keg->uk_init = arg->uminit;
2292         keg->uk_fini = arg->fini;
2293         keg->uk_align = arg->align;
2294         keg->uk_reserve = 0;
2295         keg->uk_flags = arg->flags;
2296
2297         /*
2298          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
2299          * UMA_ZONE_FIRSTTOUCH set will use first-touch instead, in which
2300          * case the iterator is never run.
2301          */
2302         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
2303         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
2304
2305         /*
2306          * The primary zone is passed to us at keg-creation time.
2307          */
2308         zone = arg->zone;
2309         keg->uk_name = zone->uz_name;
2310
2311         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
2312                 keg->uk_init = zero_init;
2313
2314         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2315                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2316
2317 #ifndef SMP
2318         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
2319 #endif
2320
2321         keg_layout(keg);
2322
2323         /*
2324          * Use a first-touch NUMA policy for kegs that pmap_extract() will
2325          * work on.  Use round-robin for everything else.
2326          *
2327          * Zones may override the default by specifying either.
2328          */
2329 #ifdef NUMA
2330         if ((keg->uk_flags &
2331             (UMA_ZONE_ROUNDROBIN | UMA_ZFLAG_CACHE | UMA_ZONE_NOTPAGE)) == 0)
2332                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_FIRSTTOUCH;
2333         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2334                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2335 #endif
2336
2337         /*
2338          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
2339          * startup cache until the vm is ready.
2340          */
2341 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2342         if (keg->uk_ppera == 1)
2343                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
2344         else
2345 #endif
2346         if (booted < BOOT_KVA)
2347                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
2348         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2349                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2350         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 && keg->uk_ppera > 1)
2351                 keg->uk_allocf = contig_alloc;
2352         else
2353                 keg->uk_allocf = page_alloc;
2354 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2355         if (keg->uk_ppera == 1)
2356                 keg->uk_freef = uma_small_free;
2357         else
2358 #endif
2359         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2360                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
2361         else
2362                 keg->uk_freef = page_free;
2363
2364         /*
2365          * Initialize keg's locks.
2366          */
2367         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2368                 KEG_LOCK_INIT(keg, i, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2369
2370         /*
2371          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
2372          * figure out where in each page it goes.  See slab_sizeof
2373          * definition.
2374          */
2375         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)) {
2376                 size_t shsize;
2377
2378                 shsize = slab_sizeof(keg->uk_ipers);
2379                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - shsize;
2380                 /*
2381                  * The only way the following is possible is if with our
2382                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
2383                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
2384                  * mathematically possible for all cases, so we make
2385                  * sure here anyway.
2386                  */
2387                 KASSERT(keg->uk_pgoff + shsize <= PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
2388                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
2389                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
2390         }
2391
2392         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
2393                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
2394
2395         CTR3(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p)", keg, zone->uz_name, zone);
2396
2397         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
2398
2399         rw_wlock(&uma_rwlock);
2400         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
2401         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2402         return (0);
2403 }
2404
2405 static void
2406 zone_kva_available(uma_zone_t zone, void *unused)
2407 {
2408         uma_keg_t keg;
2409
2410         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
2411                 return;
2412         KEG_GET(zone, keg);
2413
2414         if (keg->uk_allocf == startup_alloc) {
2415                 /* Switch to the real allocator. */
2416                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2417                         keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2418                 else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 &&
2419                     keg->uk_ppera > 1)
2420                         keg->uk_allocf = contig_alloc;
2421                 else
2422                         keg->uk_allocf = page_alloc;
2423         }
2424 }
2425
2426 static void
2427 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone, void *unused)
2428 {
2429
2430         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2431         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2432         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2433         zone->uz_xdomain = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2434 }
2435
2436 static void
2437 zone_alloc_sysctl(uma_zone_t zone, void *unused)
2438 {
2439         uma_zone_domain_t zdom;
2440         uma_domain_t dom;
2441         uma_keg_t keg;
2442         struct sysctl_oid *oid, *domainoid;
2443         int domains, i, cnt;
2444         static const char *nokeg = "cache zone";
2445         char *c;
2446
2447         /*
2448          * Make a sysctl safe copy of the zone name by removing
2449          * any special characters and handling dups by appending
2450          * an index.
2451          */
2452         if (zone->uz_namecnt != 0) {
2453                 /* Count the number of decimal digits and '_' separator. */
2454                 for (i = 1, cnt = zone->uz_namecnt; cnt != 0; i++)
2455                         cnt /= 10;
2456                 zone->uz_ctlname = malloc(strlen(zone->uz_name) + i + 1,
2457                     M_UMA, M_WAITOK);
2458                 sprintf(zone->uz_ctlname, "%s_%d", zone->uz_name,
2459                     zone->uz_namecnt);
2460         } else
2461                 zone->uz_ctlname = strdup(zone->uz_name, M_UMA);
2462         for (c = zone->uz_ctlname; *c != '\0'; c++)
2463                 if (strchr("./\\ -", *c) != NULL)
2464                         *c = '_';
2465
2466         /*
2467          * Basic parameters at the root.
2468          */
2469         zone->uz_oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_vm_uma),
2470             OID_AUTO, zone->uz_ctlname, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2471         oid = zone->uz_oid;
2472         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2473             "size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_size, 0, "Allocation size");
2474         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2475             "flags", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_MPSAFE,
2476             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_flags, "A",
2477             "Allocator configuration flags");
2478         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2479             "bucket_size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size, 0,
2480             "Desired per-cpu cache size");
2481         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2482             "bucket_size_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size_max, 0,
2483             "Maximum allowed per-cpu cache size");
2484
2485         /*
2486          * keg if present.
2487          */
2488         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
2489                 domains = vm_ndomains;
2490         else
2491                 domains = 1;
2492         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2493             "keg", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2494         keg = zone->uz_keg;
2495         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0) {
2496                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2497                     "name", CTLFLAG_RD, keg->uk_name, "Keg name");
2498                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2499                     "rsize", CTLFLAG_RD, &keg->uk_rsize, 0,
2500                     "Real object size with alignment");
2501                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2502                     "ppera", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ppera, 0,
2503                     "pages per-slab allocation");
2504                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2505                     "ipers", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ipers, 0,
2506                     "items available per-slab");
2507                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2508                     "align", CTLFLAG_RD, &keg->uk_align, 0,
2509                     "item alignment mask");
2510                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2511                     "reserve", CTLFLAG_RD, &keg->uk_reserve, 0,
2512                     "number of reserved items");
2513                 SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2514                     "efficiency", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2515                     keg, 0, sysctl_handle_uma_slab_efficiency, "I",
2516                     "Slab utilization (100 - internal fragmentation %)");
2517                 domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid),
2518                     OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2519                 for (i = 0; i < domains; i++) {
2520                         dom = &keg->uk_domain[i];
2521                         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2522                             OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2523                             CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2524                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2525                             "pages", CTLFLAG_RD, &dom->ud_pages, 0,
2526                             "Total pages currently allocated from VM");
2527                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2528                             "free_items", CTLFLAG_RD, &dom->ud_free_items, 0,
2529                             "items free in the slab layer");
2530                 }
2531         } else
2532                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2533                     "name", CTLFLAG_RD, nokeg, "Keg name");
2534
2535         /*
2536          * Information about zone limits.
2537          */
2538         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2539             "limit", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2540         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2541             "items", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2542             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_items, "QU",
2543             "Current number of allocated items if limit is set");
2544         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2545             "max_items", CTLFLAG_RD, &zone->uz_max_items, 0,
2546             "Maximum number of allocated and cached items");
2547         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2548             "sleepers", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleepers, 0,
2549             "Number of threads sleeping at limit");
2550         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2551             "sleeps", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleeps, 0,
2552             "Total zone limit sleeps");
2553         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2554             "bucket_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_max, 0,
2555             "Maximum number of items in each domain's bucket cache");
2556
2557         /*
2558          * Per-domain zone information.
2559          */
2560         domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid),
2561             OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2562         for (i = 0; i < domains; i++) {
2563                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2564                 oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2565                     OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2566                     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2567                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2568                     "nitems", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_nitems,
2569                     "number of items in this domain");
2570                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2571                     "imax", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imax,
2572                     "maximum item count in this period");
2573                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2574                     "imin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imin,
2575                     "minimum item count in this period");
2576                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2577                     "bimin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_bimin,
2578                     "Minimum item count in this batch");
2579                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2580                     "wss", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_wss,
2581                     "Working set size");
2582                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2583                     "limin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_limin,
2584                     "Long time minimum item count");
2585                 SYSCTL_ADD_INT(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2586                     "timin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_timin, 0,
2587                     "Time since zero long time minimum item count");
2588         }
2589
2590         /*
2591          * General statistics.
2592          */
2593         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2594             "stats", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2595         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2596             "current", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2597             zone, 1, sysctl_handle_uma_zone_cur, "I",
2598             "Current number of allocated items");
2599         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2600             "allocs", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2601             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_allocs, "QU",
2602             "Total allocation calls");
2603         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2604             "frees", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2605             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_frees, "QU",
2606             "Total free calls");
2607         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2608             "fails", CTLFLAG_RD, &zone->uz_fails,
2609             "Number of allocation failures");
2610         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2611             "xdomain", CTLFLAG_RD, &zone->uz_xdomain,
2612             "Free calls from the wrong domain");
2613 }
2614
2615 struct uma_zone_count {
2616         const char      *name;
2617         int             count;
2618 };
2619
2620 static void
2621 zone_count(uma_zone_t zone, void *arg)
2622 {
2623         struct uma_zone_count *cnt;
2624
2625         cnt = arg;
2626         /*
2627          * Some zones are rapidly created with identical names and
2628          * destroyed out of order.  This can lead to gaps in the count.
2629          * Use one greater than the maximum observed for this name.
2630          */
2631         if (strcmp(zone->uz_name, cnt->name) == 0)
2632                 cnt->count = MAX(cnt->count,
2633                     zone->uz_namecnt + 1);
2634 }
2635
2636 static void
2637 zone_update_caches(uma_zone_t zone)
2638 {
2639         int i;
2640
2641         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2642                 cache_set_uz_size(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_size);
2643                 cache_set_uz_flags(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_flags);
2644         }
2645 }
2646
2647 /*
2648  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
2649  *
2650  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2651  *      udata  Actually uma_zctor_args
2652  */
2653 static int
2654 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2655 {
2656         struct uma_zone_count cnt;
2657         struct uma_zctor_args *arg = udata;
2658         uma_zone_domain_t zdom;
2659         uma_zone_t zone = mem;
2660         uma_zone_t z;
2661         uma_keg_t keg;
2662         int i;
2663
2664         bzero(zone, size);
2665         zone->uz_name = arg->name;
2666         zone->uz_ctor = arg->ctor;
2667         zone->uz_dtor = arg->dtor;
2668         zone->uz_init = NULL;
2669         zone->uz_fini = NULL;
2670         zone->uz_sleeps = 0;
2671         zone->uz_bucket_size = 0;
2672         zone->uz_bucket_size_min = 0;
2673         zone->uz_bucket_size_max = BUCKET_MAX;
2674         zone->uz_flags = (arg->flags & UMA_ZONE_SMR);
2675         zone->uz_warning = NULL;
2676         /* The domain structures follow the cpu structures. */
2677         zone->uz_bucket_max = ULONG_MAX;
2678         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
2679
2680         /* Count the number of duplicate names. */
2681         cnt.name = arg->name;
2682         cnt.count = 0;
2683         zone_foreach(zone_count, &cnt);
2684         zone->uz_namecnt = cnt.count;
2685         ZONE_CROSS_LOCK_INIT(zone);
2686
2687         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2688                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2689                 ZDOM_LOCK_INIT(zone, zdom, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2690                 STAILQ_INIT(&zdom->uzd_buckets);
2691         }
2692
2693 #ifdef INVARIANTS
2694         if (arg->uminit == trash_init && arg->fini == trash_fini)
2695                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_TRASH | UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2696 #endif
2697
2698         /*
2699          * This is a pure cache zone, no kegs.
2700          */
2701         if (arg->import) {
2702                 KASSERT((arg->flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0,
2703                     ("zone_ctor: Import specified for non-cache zone."));
2704                 zone->uz_flags = arg->flags;
2705                 zone->uz_size = arg->size;
2706                 zone->uz_import = arg->import;
2707                 zone->uz_release = arg->release;
2708                 zone->uz_arg = arg->arg;
2709 #ifdef NUMA
2710                 /*
2711                  * Cache zones are round-robin unless a policy is
2712                  * specified because they may have incompatible
2713                  * constraints.
2714                  */
2715                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2716                         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2717 #endif
2718                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2719                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
2720                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2721                 goto out;
2722         }
2723
2724         /*
2725          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
2726          */
2727         zone->uz_import = zone_import;
2728         zone->uz_release = zone_release;
2729         zone->uz_arg = zone; 
2730         keg = arg->keg;
2731
2732         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
2733                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
2734                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
2735                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
2736                 zone->uz_init = arg->uminit;
2737                 zone->uz_fini = arg->fini;
2738                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
2739                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2740                 ZONE_LOCK(zone);
2741                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
2742                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
2743                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
2744                                 break;
2745                         }
2746                 }
2747                 ZONE_UNLOCK(zone);
2748                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2749         } else if (keg == NULL) {
2750                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
2751                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
2752                         return (ENOMEM);
2753         } else {
2754                 struct uma_kctor_args karg;
2755                 int error;
2756
2757                 /* We should only be here from uma_startup() */
2758                 karg.size = arg->size;
2759                 karg.uminit = arg->uminit;
2760                 karg.fini = arg->fini;
2761                 karg.align = arg->align;
2762                 karg.flags = (arg->flags & ~UMA_ZONE_SMR);
2763                 karg.zone = zone;
2764                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
2765                     flags);
2766                 if (error)
2767                         return (error);
2768         }
2769
2770         /* Inherit properties from the keg. */
2771         zone->uz_keg = keg;
2772         zone->uz_size = keg->uk_size;
2773         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
2774             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
2775
2776 out:
2777         if (booted >= BOOT_PCPU) {
2778                 zone_alloc_counters(zone, NULL);
2779                 if (booted >= BOOT_RUNNING)
2780                         zone_alloc_sysctl(zone, NULL);
2781         } else {
2782                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
2783                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
2784                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
2785         }
2786
2787         /* Caller requests a private SMR context. */
2788         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
2789                 zone->uz_smr = smr_create(zone->uz_name, 0, 0);
2790
2791         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
2792             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
2793             ("Invalid zone flag combination"));
2794         if (arg->flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
2795                 zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = 0;
2796         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
2797                 zone->uz_bucket_size = BUCKET_MAX;
2798         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
2799                 zone->uz_bucket_size = 0;
2800         else
2801                 zone->uz_bucket_size = bucket_select(zone->uz_size);
2802         zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size;
2803         if (zone->uz_dtor != NULL || zone->uz_ctor != NULL)
2804                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2805         zone_update_caches(zone);
2806
2807         return (0);
2808 }
2809
2810 /*
2811  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
2812  * table and removes the keg from the global list.
2813  *
2814  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2815  *      udata  unused
2816  */
2817 static void
2818 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2819 {
2820         uma_keg_t keg;
2821         uint32_t free, pages;
2822         int i;
2823
2824         keg = (uma_keg_t)arg;
2825         free = pages = 0;
2826         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2827                 free += keg->uk_domain[i].ud_free_items;
2828                 pages += keg->uk_domain[i].ud_pages;
2829                 KEG_LOCK_FINI(keg, i);
2830         }
2831         if (pages != 0)
2832                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%u items). "
2833                     " Lost %u pages of memory.\n",
2834                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
2835                     pages / keg->uk_ppera * keg->uk_ipers - free, pages);
2836
2837         hash_free(&keg->uk_hash);
2838 }
2839
2840 /*
2841  * Zone header dtor.
2842  *
2843  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2844  *      udata  unused
2845  */
2846 static void
2847 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2848 {
2849         uma_zone_t zone;
2850         uma_keg_t keg;
2851         int i;
2852
2853         zone = (uma_zone_t)arg;
2854
2855         sysctl_remove_oid(zone->uz_oid, 1, 1);
2856
2857         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
2858                 cache_drain(zone);
2859
2860         rw_wlock(&uma_rwlock);
2861         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
2862         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2863         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2864                 keg = zone->uz_keg;
2865                 keg->uk_reserve = 0;
2866         }
2867         zone_reclaim(zone, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK, true);
2868
2869         /*
2870          * We only destroy kegs from non secondary/non cache zones.
2871          */
2872         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2873                 keg = zone->uz_keg;
2874                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2875                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
2876                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2877                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
2878         }
2879         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
2880         counter_u64_free(zone->uz_frees);
2881         counter_u64_free(zone->uz_fails);
2882         counter_u64_free(zone->uz_xdomain);
2883         free(zone->uz_ctlname, M_UMA);
2884         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2885                 ZDOM_LOCK_FINI(ZDOM_GET(zone, i));
2886         ZONE_CROSS_LOCK_FINI(zone);
2887 }
2888
2889 static void
2890 zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2891 {
2892         uma_keg_t keg;
2893         uma_zone_t zone;
2894
2895         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
2896                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
2897                         zfunc(zone, arg);
2898         }
2899         LIST_FOREACH(zone, &uma_cachezones, uz_link)
2900                 zfunc(zone, arg);
2901 }
2902
2903 /*
2904  * Traverses every zone in the system and calls a callback
2905  *
2906  * Arguments:
2907  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
2908  *              as an argument.
2909  *
2910  * Returns:
2911  *      Nothing
2912  */
2913 static void
2914 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2915 {
2916
2917         rw_rlock(&uma_rwlock);
2918         zone_foreach_unlocked(zfunc, arg);
2919         rw_runlock(&uma_rwlock);
2920 }
2921
2922 /*
2923  * Initialize the kernel memory allocator.  This is done after pages can be
2924  * allocated but before general KVA is available.
2925  */
2926 void
2927 uma_startup1(vm_offset_t virtual_avail)
2928 {
2929         struct uma_zctor_args args;
2930         size_t ksize, zsize, size;
2931         uma_keg_t primarykeg;
2932         uintptr_t m;
2933         int domain;
2934         uint8_t pflag;
2935
2936         bootstart = bootmem = virtual_avail;
2937
2938         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2939         sx_init(&uma_reclaim_lock, "umareclaim");
2940
2941         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2942             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2943         ksize = roundup(ksize, UMA_SUPER_ALIGN);
2944         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2945             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2946             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2947         zsize = roundup(zsize, UMA_SUPER_ALIGN);
2948
2949         /* Allocate the zone of zones, zone of kegs, and zone of zones keg. */
2950         size = (zsize * 2) + ksize;
2951         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
2952                 m = (uintptr_t)startup_alloc(NULL, size, domain, &pflag,
2953                     M_NOWAIT | M_ZERO);
2954                 if (m != 0)
2955                         break;
2956         }
2957         zones = (uma_zone_t)m;
2958         m += zsize;
2959         kegs = (uma_zone_t)m;
2960         m += zsize;
2961         primarykeg = (uma_keg_t)m;
2962
2963         /* "manually" create the initial zone */
2964         memset(&args, 0, sizeof(args));
2965         args.name = "UMA Kegs";
2966         args.size = ksize;
2967         args.ctor = keg_ctor;
2968         args.dtor = keg_dtor;
2969         args.uminit = zero_init;
2970         args.fini = NULL;
2971         args.keg = primarykeg;
2972         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2973         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2974         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2975
2976         args.name = "UMA Zones";
2977         args.size = zsize;
2978         args.ctor = zone_ctor;
2979         args.dtor = zone_dtor;
2980         args.uminit = zero_init;
2981         args.fini = NULL;
2982         args.keg = NULL;
2983         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2984         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2985         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2986
2987         /* Now make zones for slab headers */
2988         slabzones[0] = uma_zcreate("UMA Slabs 0", SLABZONE0_SIZE,
2989             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2990         slabzones[1] = uma_zcreate("UMA Slabs 1", SLABZONE1_SIZE,
2991             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2992
2993         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2994             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2995             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2996
2997         bucket_init();
2998         smr_init();
2999 }
3000
3001 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3002 extern void vm_radix_reserve_kva(void);
3003 #endif
3004
3005 /*
3006  * Advertise the availability of normal kva allocations and switch to
3007  * the default back-end allocator.  Marks the KVA we consumed on startup
3008  * as used in the map.
3009  */
3010 void
3011 uma_startup2(void)
3012 {
3013
3014         if (bootstart != bootmem) {
3015                 vm_map_lock(kernel_map);
3016                 (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, bootstart, bootmem,
3017                     VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
3018                 vm_map_unlock(kernel_map);
3019         }
3020
3021 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3022         /* Set up radix zone to use noobj_alloc. */
3023         vm_radix_reserve_kva();
3024 #endif
3025
3026         booted = BOOT_KVA;
3027         zone_foreach_unlocked(zone_kva_available, NULL);
3028         bucket_enable();
3029 }
3030
3031 /*
3032  * Allocate counters as early as possible so that boot-time allocations are
3033  * accounted more precisely.
3034  */
3035 static void
3036 uma_startup_pcpu(void *arg __unused)
3037 {
3038
3039         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_counters, NULL);
3040         booted = BOOT_PCPU;
3041 }
3042 SYSINIT(uma_startup_pcpu, SI_SUB_COUNTER, SI_ORDER_ANY, uma_startup_pcpu, NULL);
3043
3044 /*
3045  * Finish our initialization steps.
3046  */
3047 static void
3048 uma_startup3(void *arg __unused)
3049 {
3050
3051 #ifdef INVARIANTS
3052         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
3053         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
3054         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
3055 #endif
3056         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_sysctl, NULL);
3057         callout_init(&uma_callout, 1);
3058         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
3059         booted = BOOT_RUNNING;
3060
3061         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, uma_shutdown, NULL,
3062             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
3063 }
3064 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
3065
3066 static void
3067 uma_shutdown(void)
3068 {
3069
3070         booted = BOOT_SHUTDOWN;
3071 }
3072
3073 static uma_keg_t
3074 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
3075                 int align, uint32_t flags)
3076 {
3077         struct uma_kctor_args args;
3078
3079         args.size = size;
3080         args.uminit = uminit;
3081         args.fini = fini;
3082         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
3083         args.flags = flags;
3084         args.zone = zone;
3085         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3086 }
3087
3088 /* Public functions */
3089 /* See uma.h */
3090 void
3091 uma_set_align(int align)
3092 {
3093
3094         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
3095                 uma_align_cache = align;
3096 }
3097
3098 /* See uma.h */
3099 uma_zone_t
3100 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3101                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
3102
3103 {
3104         struct uma_zctor_args args;
3105         uma_zone_t res;
3106
3107         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
3108             align, name));
3109
3110         /* This stuff is essential for the zone ctor */
3111         memset(&args, 0, sizeof(args));
3112         args.name = name;
3113         args.size = size;
3114         args.ctor = ctor;
3115         args.dtor = dtor;
3116         args.uminit = uminit;
3117         args.fini = fini;
3118 #ifdef  INVARIANTS
3119         /*
3120          * Inject procedures which check for memory use after free if we are
3121          * allowed to scramble the memory while it is not allocated.  This
3122          * requires that: UMA is actually able to access the memory, no init
3123          * or fini procedures, no dependency on the initial value of the
3124          * memory, and no (legitimate) use of the memory after free.  Note,
3125          * the ctor and dtor do not need to be empty.
3126          */
3127         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOTOUCH |
3128             UMA_ZONE_NOFREE))) && uminit == NULL && fini == NULL) {
3129                 args.uminit = trash_init;
3130                 args.fini = trash_fini;
3131         }
3132 #endif
3133         args.align = align;
3134         args.flags = flags;
3135         args.keg = NULL;
3136
3137         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
3138         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3139         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
3140
3141         return (res);
3142 }
3143
3144 /* See uma.h */
3145 uma_zone_t
3146 uma_zsecond_create(const char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3147     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t primary)
3148 {
3149         struct uma_zctor_args args;
3150         uma_keg_t keg;
3151         uma_zone_t res;
3152
3153         keg = primary->uz_keg;
3154         memset(&args, 0, sizeof(args));
3155         args.name = name;
3156         args.size = keg->uk_size;
3157         args.ctor = ctor;
3158         args.dtor = dtor;
3159         args.uminit = zinit;
3160         args.fini = zfini;
3161         args.align = keg->uk_align;
3162         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
3163         args.keg = keg;
3164
3165         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
3166         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3167         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
3168
3169         return (res);
3170 }
3171
3172 /* See uma.h */
3173 uma_zone_t
3174 uma_zcache_create(const char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3175     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport, uma_release zrelease,
3176     void *arg, int flags)
3177 {
3178         struct uma_zctor_args args;
3179
3180         memset(&args, 0, sizeof(args));
3181         args.name = name;
3182         args.size = size;
3183         args.ctor = ctor;
3184         args.dtor = dtor;
3185         args.uminit = zinit;
3186         args.fini = zfini;
3187         args.import = zimport;
3188         args.release = zrelease;
3189         args.arg = arg;
3190         args.align = 0;
3191         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
3192
3193         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3194 }
3195
3196 /* See uma.h */
3197 void
3198 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
3199 {
3200
3201         /*
3202          * Large slabs are expensive to reclaim, so don't bother doing
3203          * unnecessary work if we're shutting down.
3204          */
3205         if (booted == BOOT_SHUTDOWN &&
3206             zone->uz_fini == NULL && zone->uz_release == zone_release)
3207                 return;
3208         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
3209         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
3210         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
3211 }
3212
3213 void
3214 uma_zwait(uma_zone_t zone)
3215 {
3216
3217         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
3218                 uma_zfree_smr(zone, uma_zalloc_smr(zone, M_WAITOK));
3219         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
3220                 uma_zfree_pcpu(zone, uma_zalloc_pcpu(zone, M_WAITOK));
3221         else
3222                 uma_zfree(zone, uma_zalloc(zone, M_WAITOK));
3223 }
3224
3225 void *
3226 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3227 {
3228         void *item, *pcpu_item;
3229 #ifdef SMP
3230         int i;
3231
3232         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3233 #endif
3234         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
3235         if (item == NULL)
3236                 return (NULL);
3237         pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
3238         if (flags & M_ZERO) {
3239 #ifdef SMP
3240                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
3241                         bzero(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), zone->uz_size);
3242 #else
3243                 bzero(item, zone->uz_size);
3244 #endif
3245         }
3246         return (pcpu_item);
3247 }
3248
3249 /*
3250  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
3251  */
3252 void
3253 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *pcpu_item, void *udata)
3254 {
3255         void *item;
3256
3257 #ifdef SMP
3258         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3259 #endif
3260
3261         /* uma_zfree_pcu_*(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3262         if (pcpu_item == NULL)
3263                 return;
3264
3265         item = zpcpu_offset_to_base(pcpu_item);
3266         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
3267 }
3268
3269 static inline void *
3270 item_ctor(uma_zone_t zone, int uz_flags, int size, void *udata, int flags,
3271     void *item)
3272 {
3273 #ifdef INVARIANTS
3274         bool skipdbg;
3275
3276         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3277         if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3278             zone->uz_ctor != trash_ctor)
3279                 trash_ctor(item, size, udata, flags);
3280 #endif
3281         /* Check flags before loading ctor pointer. */
3282         if (__predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0) &&
3283             __predict_false(zone->uz_ctor != NULL) &&
3284             zone->uz_ctor(item, size, udata, flags) != 0) {
3285                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3286                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
3287                 return (NULL);
3288         }
3289 #ifdef INVARIANTS
3290         if (!skipdbg)
3291                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3292 #endif
3293         if (__predict_false(flags & M_ZERO))
3294                 return (memset(item, 0, size));
3295
3296         return (item);
3297 }
3298
3299 static inline void
3300 item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size, void *udata,
3301     enum zfreeskip skip)
3302 {
3303 #ifdef INVARIANTS
3304         bool skipdbg;
3305
3306         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3307         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3308                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC) != 0)
3309                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3310                 else
3311                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3312         }
3313 #endif
3314         if (__predict_true(skip < SKIP_DTOR)) {
3315                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3316                         zone->uz_dtor(item, size, udata);
3317 #ifdef INVARIANTS
3318                 if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3319                     zone->uz_dtor != trash_dtor)
3320                         trash_dtor(item, size, udata);
3321 #endif
3322         }
3323 }
3324
3325 #ifdef NUMA
3326 static int
3327 item_domain(void *item)
3328 {
3329         int domain;
3330
3331         domain = vm_phys_domain(vtophys(item));
3332         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3333             ("%s: unknown domain for item %p", __func__, item));
3334         return (domain);
3335 }
3336 #endif
3337
3338 #if defined(INVARIANTS) || defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(WITNESS)
3339 #define UMA_ZALLOC_DEBUG
3340 static int
3341 uma_zalloc_debug(uma_zone_t zone, void **itemp, void *udata, int flags)
3342 {
3343         int error;
3344
3345         error = 0;
3346 #ifdef WITNESS
3347         if (flags & M_WAITOK) {
3348                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3349                     "uma_zalloc_debug: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3350         }
3351 #endif
3352
3353 #ifdef INVARIANTS
3354         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0,
3355             ("uma_zalloc_debug: called with M_EXEC"));
3356         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3357             ("uma_zalloc_debug: called within spinlock or critical section"));
3358         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 || (flags & M_ZERO) == 0,
3359             ("uma_zalloc_debug: allocating from a pcpu zone with M_ZERO"));
3360 #endif
3361
3362 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3363         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && memguard_cmp_zone(zone)) {
3364                 void *item;
3365                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
3366                 if (item != NULL) {
3367                         error = EJUSTRETURN;
3368                         if (zone->uz_init != NULL &&
3369                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3370                                 *itemp = NULL;
3371                                 return (error);
3372                         }
3373                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3374                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
3375                             flags) != 0) {
3376                                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3377                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3378                                 *itemp = NULL;
3379                                 return (error);
3380                         }
3381                         *itemp = item;
3382                         return (error);
3383                 }
3384                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
3385         }
3386 #endif
3387         return (error);
3388 }
3389
3390 static int
3391 uma_zfree_debug(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3392 {
3393         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3394             ("uma_zfree_debug: called with spinlock or critical section held"));
3395
3396 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3397         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && is_memguard_addr(item)) {
3398                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3399                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3400                 if (zone->uz_fini != NULL)
3401                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3402                 memguard_free(item);
3403                 return (EJUSTRETURN);
3404         }
3405 #endif
3406         return (0);
3407 }
3408 #endif
3409
3410 static inline void *
3411 cache_alloc_item(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket,
3412     void *udata, int flags)
3413 {
3414         void *item;
3415         int size, uz_flags;
3416
3417         item = cache_bucket_pop(cache, bucket);
3418         size = cache_uz_size(cache);
3419         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
3420         critical_exit();
3421         return (item_ctor(zone, uz_flags, size, udata, flags, item));
3422 }
3423
3424 static __noinline void *
3425 cache_alloc_retry(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3426 {
3427         uma_cache_bucket_t bucket;
3428         int domain;
3429
3430         while (cache_alloc(zone, cache, udata, flags)) {
3431                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3432                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
3433                 if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3434                         continue;
3435                 return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3436         }
3437         critical_exit();
3438
3439         /*
3440          * We can not get a bucket so try to return a single item.
3441          */
3442         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH)
3443                 domain = PCPU_GET(domain);
3444         else
3445                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3446         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3447 }
3448
3449 /* See uma.h */
3450 void *
3451 uma_zalloc_smr(uma_zone_t zone, int flags)
3452 {
3453         uma_cache_bucket_t bucket;
3454         uma_cache_t cache;
3455
3456 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3457         void *item;
3458
3459         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
3460             ("uma_zalloc_arg: called with non-SMR zone."));
3461         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, NULL, flags) == EJUSTRETURN)
3462                 return (item);
3463 #endif
3464
3465         critical_enter();
3466         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3467         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3468         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3469                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, NULL, flags));
3470         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, NULL, flags));
3471 }
3472
3473 /* See uma.h */
3474 void *
3475 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3476 {
3477         uma_cache_bucket_t bucket;
3478         uma_cache_t cache;
3479
3480         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3481         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3482
3483         /* This is the fast path allocation */
3484         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg zone %s(%p) flags %d", zone->uz_name,
3485             zone, flags);
3486
3487 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3488         void *item;
3489
3490         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3491             ("uma_zalloc_arg: called with SMR zone."));
3492         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, udata, flags) == EJUSTRETURN)
3493                 return (item);
3494 #endif
3495
3496         /*
3497          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
3498          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3499          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3500          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3501          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3502          * preemption and migration.  We release the critical section in
3503          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
3504          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
3505          * must detect and handle migration if it has occurred.
3506          */
3507         critical_enter();
3508         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3509         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3510         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3511                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, udata, flags));
3512         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3513 }
3514
3515 /*
3516  * Replenish an alloc bucket and possibly restore an old one.  Called in
3517  * a critical section.  Returns in a critical section.
3518  *
3519  * A false return value indicates an allocation failure.
3520  * A true return value indicates success and the caller should retry.
3521  */
3522 static __noinline bool
3523 cache_alloc(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3524 {
3525         uma_bucket_t bucket;
3526         int curdomain, domain;
3527         bool new;
3528
3529         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3530
3531         /*
3532          * If we have run out of items in our alloc bucket see
3533          * if we can switch with the free bucket.
3534          *
3535          * SMR Zones can't re-use the free bucket until the sequence has
3536          * expired.
3537          */
3538         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) == 0 &&
3539             cache->uc_freebucket.ucb_cnt != 0) {
3540                 cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
3541                     &cache->uc_allocbucket);
3542                 return (true);
3543         }
3544
3545         /*
3546          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
3547          */
3548         bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
3549         critical_exit();
3550
3551         if (bucket != NULL) {
3552                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
3553                     ("cache_alloc: Entered with non-empty alloc bucket."));
3554                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3555         }
3556
3557         /*
3558          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
3559          * we must go back to the zone.  This requires the zdom lock, so we
3560          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
3561          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
3562          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3563          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3564          * the critical section.
3565          */
3566         domain = PCPU_GET(domain);
3567         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 ||
3568             VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3569                 domain = zone_domain_highest(zone, domain);
3570         bucket = cache_fetch_bucket(zone, cache, domain);
3571         if (bucket == NULL && zone->uz_bucket_size != 0 && !bucketdisable) {
3572                 bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
3573                 new = true;
3574         } else {
3575                 new = false;
3576         }
3577
3578         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
3579             zone->uz_name, zone, bucket);
3580         if (bucket == NULL) {
3581                 critical_enter();
3582                 return (false);
3583         }
3584
3585         /*
3586          * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
3587          * initialized bucket to make this less likely or claim
3588          * the memory directly.
3589          */
3590         critical_enter();
3591         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3592         if (cache->uc_allocbucket.ucb_bucket == NULL &&
3593             ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0 ||
3594             (curdomain = PCPU_GET(domain)) == domain ||
3595             VM_DOMAIN_EMPTY(curdomain))) {
3596                 if (new)
3597                         atomic_add_long(&ZDOM_GET(zone, domain)->uzd_imax,
3598                             bucket->ub_cnt);
3599                 cache_bucket_load_alloc(cache, bucket);
3600                 return (true);
3601         }
3602
3603         /*
3604          * We lost the race, release this bucket and start over.
3605          */
3606         critical_exit();
3607         zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, !new);
3608         critical_enter();
3609
3610         return (true);
3611 }
3612
3613 void *
3614 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3615 {
3616 #ifdef NUMA
3617         uma_bucket_t bucket;
3618         uma_zone_domain_t zdom;
3619         void *item;
3620 #endif
3621
3622         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3623         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3624
3625         /* This is the fast path allocation */
3626         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_domain zone %s(%p) domain %d flags %d",
3627             zone->uz_name, zone, domain, flags);
3628
3629         if (flags & M_WAITOK) {
3630                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3631                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3632         }
3633         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3634             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
3635         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3636             ("uma_zalloc_domain: called with SMR zone."));
3637 #ifdef NUMA
3638         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0,
3639             ("uma_zalloc_domain: called with non-FIRSTTOUCH zone."));
3640
3641         if (vm_ndomains == 1)
3642                 return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3643
3644         /*
3645          * Try to allocate from the bucket cache before falling back to the keg.
3646          * We could try harder and attempt to allocate from per-CPU caches or
3647          * the per-domain cross-domain buckets, but the complexity is probably
3648          * not worth it.  It is more important that frees of previous
3649          * cross-domain allocations do not blow up the cache.
3650          */
3651         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
3652         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL) {
3653                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
3654 #ifdef INVARIANTS
3655                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1] = NULL;
3656 #endif
3657                 bucket->ub_cnt--;
3658                 zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, true);
3659                 item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata,
3660                     flags, item);
3661                 if (item != NULL) {
3662                         KASSERT(item_domain(item) == domain,
3663                             ("%s: bucket cache item %p from wrong domain",
3664                             __func__, item));
3665                         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
3666                 }
3667                 return (item);
3668         }
3669         ZDOM_UNLOCK(zdom);
3670         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3671 #else
3672         return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3673 #endif
3674 }
3675
3676 /*
3677  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
3678  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
3679  *
3680  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
3681  * only 'domain'.
3682  */
3683 static uma_slab_t
3684 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
3685 {
3686         uma_domain_t dom;
3687         uma_slab_t slab;
3688         int start;
3689
3690         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3691             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
3692         KEG_LOCK_ASSERT(keg, domain);
3693
3694         slab = NULL;
3695         start = domain;
3696         do {
3697                 dom = &keg->uk_domain[domain];
3698                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab)) != NULL)
3699                         return (slab);
3700                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab)) != NULL) {
3701                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
3702                         dom->ud_free_slabs--;
3703                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3704                         return (slab);
3705                 }
3706                 if (rr)
3707                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
3708         } while (domain != start);
3709
3710         return (NULL);
3711 }
3712
3713 /*
3714  * Fetch an existing slab from a free or partial list.  Returns with the
3715  * keg domain lock held if a slab was found or unlocked if not.
3716  */
3717 static uma_slab_t
3718 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
3719 {
3720         uma_slab_t slab;
3721         uint32_t reserve;
3722
3723         /* HASH has a single free list. */
3724         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
3725                 domain = 0;
3726
3727         KEG_LOCK(keg, domain);
3728         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
3729         if (keg->uk_domain[domain].ud_free_items <= reserve ||
3730             (slab = keg_first_slab(keg, domain, rr)) == NULL) {
3731                 KEG_UNLOCK(keg, domain);
3732                 return (NULL);
3733         }
3734         return (slab);
3735 }
3736
3737 static uma_slab_t
3738 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
3739 {
3740         struct vm_domainset_iter di;
3741         uma_slab_t slab;
3742         int aflags, domain;
3743         bool rr;
3744
3745 restart:
3746         /*
3747          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
3748          * domain (as happens with first-touch zones).
3749          *
3750          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
3751          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
3752          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
3753          */
3754         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
3755         if (rr) {
3756                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
3757                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3758                     &aflags);
3759         } else {
3760                 aflags = flags;
3761                 domain = rdomain;
3762         }
3763
3764         for (;;) {
3765                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
3766                 if (slab != NULL)
3767                         return (slab);
3768
3769                 /*
3770                  * M_NOVM means don't ask at all!
3771                  */
3772                 if (flags & M_NOVM)
3773                         break;
3774
3775                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
3776                 if (slab != NULL)
3777                         return (slab);
3778                 if (!rr && (flags & M_WAITOK) == 0)
3779                         break;
3780                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3781                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
3782                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
3783                                 goto restart;
3784                         }
3785                         break;
3786                 }
3787         }
3788
3789         /*
3790          * We might not have been able to get a slab but another cpu
3791          * could have while we were unlocked.  Check again before we
3792          * fail.
3793          */
3794         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL)
3795                 return (slab);
3796
3797         return (NULL);
3798 }
3799
3800 static void *
3801 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
3802 {
3803         uma_domain_t dom;
3804         void *item;
3805         int freei;
3806
3807         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
3808
3809         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3810         freei = BIT_FFS(keg->uk_ipers, &slab->us_free) - 1;
3811         BIT_CLR(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
3812         item = slab_item(slab, keg, freei);
3813         slab->us_freecount--;
3814         dom->ud_free_items--;
3815
3816         /*
3817          * Move this slab to the full list.  It must be on the partial list, so
3818          * we do not need to update the free slab count.  In particular,
3819          * keg_fetch_slab() always returns slabs on the partial list.
3820          */
3821         if (slab->us_freecount == 0) {
3822                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3823                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
3824         }
3825
3826         return (item);
3827 }
3828
3829 static int
3830 zone_import(void *arg, void **bucket, int max, int domain, int flags)
3831 {
3832         uma_domain_t dom;
3833         uma_zone_t zone;
3834         uma_slab_t slab;
3835         uma_keg_t keg;
3836 #ifdef NUMA
3837         int stripe;
3838 #endif
3839         int i;
3840
3841         zone = arg;
3842         slab = NULL;
3843         keg = zone->uz_keg;
3844         /* Try to keep the buckets totally full */
3845         for (i = 0; i < max; ) {
3846                 if ((slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags)) == NULL)
3847                         break;
3848 #ifdef NUMA
3849                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
3850 #endif
3851                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3852                 do {
3853                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
3854                         if (dom->ud_free_items <= keg->uk_reserve) {
3855                                 /*
3856                                  * Avoid depleting the reserve after a
3857                                  * successful item allocation, even if
3858                                  * M_USE_RESERVE is specified.
3859                                  */
3860                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3861                                 goto out;
3862                         }
3863 #ifdef NUMA
3864                         /*
3865                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
3866                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
3867                          * instead pick a new domain for each bucket rather
3868                          * than stripe within each bucket.  The current option
3869                          * produces more fragmentation and requires more cpu
3870                          * time but yields better distribution.
3871                          */
3872                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 &&
3873                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
3874                                 break;
3875 #endif
3876                 } while (slab->us_freecount != 0 && i < max);
3877                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3878
3879                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
3880                 flags &= ~M_WAITOK;
3881                 flags |= M_NOWAIT;
3882         }
3883 out:
3884         return i;
3885 }
3886
3887 static int
3888 zone_alloc_limit_hard(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3889 {
3890         uint64_t old, new, total, max;
3891
3892         /*
3893          * The hard case.  We're going to sleep because there were existing
3894          * sleepers or because we ran out of items.  This routine enforces
3895          * fairness by keeping fifo order.
3896          *
3897          * First release our ill gotten gains and make some noise.
3898          */
3899         for (;;) {
3900                 zone_free_limit(zone, count);
3901                 zone_log_warning(zone);
3902                 zone_maxaction(zone);
3903                 if (flags & M_NOWAIT)
3904                         return (0);
3905
3906                 /*
3907                  * We need to allocate an item or set ourself as a sleeper
3908                  * while the sleepq lock is held to avoid wakeup races.  This
3909                  * is essentially a home rolled semaphore.
3910                  */
3911                 sleepq_lock(&zone->uz_max_items);
3912                 old = zone->uz_items;
3913                 do {
3914                         MPASS(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) < UZ_ITEMS_SLEEPERS_MAX);
3915                         /* Cache the max since we will evaluate twice. */
3916                         max = zone->uz_max_items;
3917                         if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0 ||
3918                             UZ_ITEMS_COUNT(old) >= max)
3919                                 new = old + UZ_ITEMS_SLEEPER;
3920                         else
3921                                 new = old + MIN(count, max - old);
3922                 } while (atomic_fcmpset_64(&zone->uz_items, &old, new) == 0);
3923
3924                 /* We may have successfully allocated under the sleepq lock. */
3925                 if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(new) == 0) {
3926                         sleepq_release(&zone->uz_max_items);
3927                         return (new - old);
3928                 }
3929
3930                 /*
3931                  * This is in a different cacheline from uz_items so that we
3932                  * don't constantly invalidate the fastpath cacheline when we
3933                  * adjust item counts.  This could be limited to toggling on
3934                  * transitions.
3935                  */
3936                 atomic_add_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3937                 atomic_add_64(&zone->uz_sleeps, 1);
3938
3939                 /*
3940                  * We have added ourselves as a sleeper.  The sleepq lock
3941                  * protects us from wakeup races.  Sleep now and then retry.
3942                  */
3943                 sleepq_add(&zone->uz_max_items, NULL, "zonelimit", 0, 0);
3944                 sleepq_wait(&zone->uz_max_items, PVM);
3945
3946                 /*
3947                  * After wakeup, remove ourselves as a sleeper and try
3948                  * again.  We no longer have the sleepq lock for protection.
3949                  *
3950                  * Subract ourselves as a sleeper while attempting to add
3951                  * our count.
3952                  */
3953                 atomic_subtract_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3954                 old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items,
3955                     -(UZ_ITEMS_SLEEPER - count));
3956                 /* We're no longer a sleeper. */
3957                 old -= UZ_ITEMS_SLEEPER;
3958
3959                 /*
3960                  * If we're still at the limit, restart.  Notably do not
3961                  * block on other sleepers.  Cache the max value to protect
3962                  * against changes via sysctl.
3963                  */
3964                 total = UZ_ITEMS_COUNT(old);
3965                 max = zone->uz_max_items;
3966                 if (total >= max)
3967                         continue;
3968                 /* Truncate if necessary, otherwise wake other sleepers. */
3969                 if (total + count > max) {
3970                         zone_free_limit(zone, total + count - max);
3971                         count = max - total;
3972                 } else if (total + count < max && UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0)
3973                         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
3974
3975                 return (count);
3976         }
3977 }
3978
3979 /*
3980  * Allocate 'count' items from our max_items limit.  Returns the number
3981  * available.  If M_NOWAIT is not specified it will sleep until at least
3982  * one item can be allocated.
3983  */
3984 static int
3985 zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3986 {
3987         uint64_t old;
3988         uint64_t max;
3989
3990         max = zone->uz_max_items;
3991         MPASS(max > 0);
3992
3993         /*
3994          * We expect normal allocations to succeed with a simple
3995          * fetchadd.
3996          */
3997         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, count);
3998         if (__predict_true(old + count <= max))
3999                 return (count);
4000
4001         /*
4002          * If we had some items and no sleepers just return the
4003          * truncated value.  We have to release the excess space
4004          * though because that may wake sleepers who weren't woken
4005          * because we were temporarily over the limit.
4006          */
4007         if (old < max) {
4008                 zone_free_limit(zone, (old + count) - max);
4009                 return (max - old);
4010         }
4011         return (zone_alloc_limit_hard(zone, count, flags));
4012 }
4013
4014 /*
4015  * Free a number of items back to the limit.
4016  */
4017 static void
4018 zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count)
4019 {
4020         uint64_t old;
4021
4022         MPASS(count > 0);
4023
4024         /*
4025          * In the common case we either have no sleepers or
4026          * are still over the limit and can just return.
4027          */
4028         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, -count);
4029         if (__predict_true(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) == 0 ||
4030            UZ_ITEMS_COUNT(old) - count >= zone->uz_max_items))
4031                 return;
4032
4033         /*
4034          * Moderate the rate of wakeups.  Sleepers will continue
4035          * to generate wakeups if necessary.
4036          */
4037         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
4038 }
4039
4040 static uma_bucket_t
4041 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
4042 {
4043         uma_bucket_t bucket;
4044         int maxbucket, cnt;
4045
4046         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_bucket zone %s(%p) domain %d", zone->uz_name,
4047             zone, domain);
4048
4049         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
4050         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
4051                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4052         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
4053                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4054
4055         if (zone->uz_max_items > 0)
4056                 maxbucket = zone_alloc_limit(zone, zone->uz_bucket_size,
4057                     M_NOWAIT);
4058         else
4059                 maxbucket = zone->uz_bucket_size;
4060         if (maxbucket == 0)
4061                 return (false);
4062
4063         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
4064         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
4065         if (bucket == NULL) {
4066                 cnt = 0;
4067                 goto out;
4068         }
4069
4070         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
4071             MIN(maxbucket, bucket->ub_entries), domain, flags);
4072
4073         /*
4074          * Initialize the memory if necessary.
4075          */
4076         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
4077                 int i;
4078
4079                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
4080                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
4081                             flags) != 0)
4082                                 break;
4083                 /*
4084                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
4085                  * rest back onto the freelist.
4086                  */
4087                 if (i != bucket->ub_cnt) {
4088                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
4089                             bucket->ub_cnt - i);
4090 #ifdef INVARIANTS
4091                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
4092                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
4093 #endif
4094                         bucket->ub_cnt = i;
4095                 }
4096         }
4097
4098         cnt = bucket->ub_cnt;
4099         if (bucket->ub_cnt == 0) {
4100                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4101                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4102                 bucket = NULL;
4103         }
4104 out:
4105         if (zone->uz_max_items > 0 && cnt < maxbucket)
4106                 zone_free_limit(zone, maxbucket - cnt);
4107
4108         return (bucket);
4109 }
4110
4111 /*
4112  * Allocates a single item from a zone.
4113  *
4114  * Arguments
4115  *      zone   The zone to alloc for.
4116  *      udata  The data to be passed to the constructor.
4117  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
4118  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
4119  *
4120  * Returns
4121  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
4122  *      An item if successful
4123  */
4124
4125 static void *
4126 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
4127 {
4128         void *item;
4129
4130         if (zone->uz_max_items > 0 && zone_alloc_limit(zone, 1, flags) == 0) {
4131                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4132                 return (NULL);
4133         }
4134
4135         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
4136         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
4137                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4138
4139         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
4140                 goto fail_cnt;
4141
4142         /*
4143          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
4144          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
4145          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
4146          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
4147          */
4148         if (zone->uz_init != NULL) {
4149                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
4150                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
4151                         goto fail_cnt;
4152                 }
4153         }
4154         item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata, flags,
4155             item);
4156         if (item == NULL)
4157                 goto fail;
4158
4159         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
4160         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
4161             zone->uz_name, zone);
4162
4163         return (item);
4164
4165 fail_cnt:
4166         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4167 fail:
4168         if (zone->uz_max_items > 0)
4169                 zone_free_limit(zone, 1);
4170         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
4171             zone->uz_name, zone);
4172
4173         return (NULL);
4174 }
4175
4176 /* See uma.h */
4177 void
4178 uma_zfree_smr(uma_zone_t zone, void *item)
4179 {
4180         uma_cache_t cache;
4181         uma_cache_bucket_t bucket;
4182         int itemdomain, uz_flags;
4183
4184 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4185         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
4186             ("uma_zfree_smr: called with non-SMR zone."));
4187         KASSERT(item != NULL, ("uma_zfree_smr: Called with NULL pointer."));
4188         SMR_ASSERT_NOT_ENTERED(zone->uz_smr);
4189         if (uma_zfree_debug(zone, item, NULL) == EJUSTRETURN)
4190                 return;
4191 #endif
4192         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4193         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4194         itemdomain = 0;
4195 #ifdef NUMA
4196         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4197                 itemdomain = item_domain(item);
4198 #endif
4199         critical_enter();
4200         do {
4201                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4202                 /* SMR Zones must free to the free bucket. */
4203                 bucket = &cache->uc_freebucket;
4204 #ifdef NUMA
4205                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4206                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4207                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4208                 }
4209 #endif
4210                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4211                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4212                         critical_exit();
4213                         return;
4214                 }
4215         } while (cache_free(zone, cache, NULL, item, itemdomain));
4216         critical_exit();
4217
4218         /*
4219          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4220          */
4221         zone_free_item(zone, item, NULL, SKIP_NONE);
4222 }
4223
4224 /* See uma.h */
4225 void
4226 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
4227 {
4228         uma_cache_t cache;
4229         uma_cache_bucket_t bucket;
4230         int itemdomain, uz_flags;
4231
4232         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
4233         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
4234
4235         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg zone %s(%p)", zone->uz_name, zone);
4236
4237 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4238         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4239             ("uma_zfree_arg: called with SMR zone."));
4240         if (uma_zfree_debug(zone, item, udata) == EJUSTRETURN)
4241                 return;
4242 #endif
4243         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
4244         if (item == NULL)
4245                 return;
4246
4247         /*
4248          * We are accessing the per-cpu cache without a critical section to
4249          * fetch size and flags.  This is acceptable, if we are preempted we
4250          * will simply read another cpu's line.
4251          */
4252         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4253         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4254         if (UMA_ALWAYS_CTORDTOR ||
4255             __predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0))
4256                 item_dtor(zone, item, cache_uz_size(cache), udata, SKIP_NONE);
4257
4258         /*
4259          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
4260          * a little longer for the limits to be reset.
4261          */
4262         if (__predict_false(uz_flags & UMA_ZFLAG_LIMIT)) {
4263                 if (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0)
4264                         goto zfree_item;
4265         }
4266
4267         /*
4268          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
4269          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
4270          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
4271          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
4272          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
4273          * preemption and migration.  We release the critical section in
4274          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
4275          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
4276          * detect and handle migration if it has occurred.
4277          */
4278         itemdomain = 0;
4279 #ifdef NUMA
4280         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4281                 itemdomain = item_domain(item);
4282 #endif
4283         critical_enter();
4284         do {
4285                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4286                 /*
4287                  * Try to free into the allocbucket first to give LIFO
4288                  * ordering for cache-hot datastructures.  Spill over
4289                  * into the freebucket if necessary.  Alloc will swap
4290                  * them if one runs dry.
4291                  */
4292                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
4293 #ifdef NUMA
4294                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4295                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4296                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4297                 } else
4298 #endif
4299                 if (bucket->ucb_cnt == bucket->ucb_entries &&
4300                    cache->uc_freebucket.ucb_cnt <
4301                    cache->uc_freebucket.ucb_entries)
4302                         cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
4303                             &cache->uc_allocbucket);
4304                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4305                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4306                         critical_exit();
4307                         return;
4308                 }
4309         } while (cache_free(zone, cache, udata, item, itemdomain));
4310         critical_exit();
4311
4312         /*
4313          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4314          */
4315 zfree_item:
4316         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
4317 }
4318
4319 #ifdef NUMA
4320 /*
4321  * sort crossdomain free buckets to domain correct buckets and cache
4322  * them.
4323  */
4324 static void
4325 zone_free_cross(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
4326 {
4327         struct uma_bucketlist emptybuckets, fullbuckets;
4328         uma_zone_domain_t zdom;
4329         uma_bucket_t b;
4330         smr_seq_t seq;
4331         void *item;
4332         int domain;
4333
4334         CTR3(KTR_UMA,
4335             "uma_zfree: zone %s(%p) draining cross bucket %p",
4336             zone->uz_name, zone, bucket);
4337
4338         /*
4339          * It is possible for buckets to arrive here out of order so we fetch
4340          * the current smr seq rather than accepting the bucket's.
4341          */
4342         seq = SMR_SEQ_INVALID;
4343         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
4344                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4345
4346         /*
4347          * To avoid having ndomain * ndomain buckets for sorting we have a
4348          * lock on the current crossfree bucket.  A full matrix with
4349          * per-domain locking could be used if necessary.
4350          */
4351         STAILQ_INIT(&emptybuckets);
4352         STAILQ_INIT(&fullbuckets);
4353         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4354         for (; bucket->ub_cnt > 0; bucket->ub_cnt--) {
4355                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
4356                 domain = item_domain(item);
4357                 zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
4358                 if (zdom->uzd_cross == NULL) {
4359                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4360                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4361                                 zdom->uzd_cross = b;
4362                         } else {
4363                                 /*
4364                                  * Avoid allocating a bucket with the cross lock
4365                                  * held, since allocation can trigger a
4366                                  * cross-domain free and bucket zones may
4367                                  * allocate from each other.
4368                                  */
4369                                 ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4370                                 b = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4371                                 if (b == NULL)
4372                                         goto out;
4373                                 ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4374                                 if (zdom->uzd_cross != NULL) {
4375                                         STAILQ_INSERT_HEAD(&emptybuckets, b,
4376                                             ub_link);
4377                                 } else {
4378                                         zdom->uzd_cross = b;
4379                                 }
4380                         }
4381                 }
4382                 b = zdom->uzd_cross;
4383                 b->ub_bucket[b->ub_cnt++] = item;
4384                 b->ub_seq = seq;
4385                 if (b->ub_cnt == b->ub_entries) {
4386                         STAILQ_INSERT_HEAD(&fullbuckets, b, ub_link);
4387                         if ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL)
4388                                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4389                         zdom->uzd_cross = b;
4390                 }
4391         }
4392         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4393 out:
4394         if (bucket->ub_cnt == 0)
4395                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
4396         bucket_free(zone, bucket, udata);
4397
4398         while ((b = STAILQ_FIRST(&emptybuckets)) != NULL) {
4399                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&emptybuckets, ub_link);
4400                 bucket_free(zone, b, udata);
4401         }
4402         while ((b = STAILQ_FIRST(&fullbuckets)) != NULL) {
4403                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&fullbuckets, ub_link);
4404                 domain = item_domain(b->ub_bucket[0]);
4405                 zone_put_bucket(zone, domain, b, udata, true);
4406         }
4407 }
4408 #endif
4409
4410 static void
4411 zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
4412     int itemdomain, bool ws)
4413 {
4414
4415 #ifdef NUMA
4416         /*
4417          * Buckets coming from the wrong domain will be entirely for the
4418          * only other domain on two domain systems.  In this case we can
4419          * simply cache them.  Otherwise we need to sort them back to
4420          * correct domains.
4421          */
4422         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4423             vm_ndomains > 2 && PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4424                 zone_free_cross(zone, bucket, udata);
4425                 return;
4426         }
4427 #endif
4428
4429         /*
4430          * Attempt to save the bucket in the zone's domain bucket cache.
4431          */
4432         CTR3(KTR_UMA,
4433             "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
4434             zone->uz_name, zone, bucket);
4435         /* ub_cnt is pointing to the last free item */
4436         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
4437                 itemdomain = zone_domain_lowest(zone, itemdomain);
4438         zone_put_bucket(zone, itemdomain, bucket, udata, ws);
4439 }
4440
4441 /*
4442  * Populate a free or cross bucket for the current cpu cache.  Free any
4443  * existing full bucket either to the zone cache or back to the slab layer.
4444  *
4445  * Enters and returns in a critical section.  false return indicates that
4446  * we can not satisfy this free in the cache layer.  true indicates that
4447  * the caller should retry.
4448  */
4449 static __noinline bool
4450 cache_free(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, void *item,
4451     int itemdomain)
4452 {
4453         uma_cache_bucket_t cbucket;
4454         uma_bucket_t newbucket, bucket;
4455
4456         CRITICAL_ASSERT(curthread);
4457
4458         if (zone->uz_bucket_size == 0)
4459                 return false;
4460
4461         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4462         newbucket = NULL;
4463
4464         /*
4465          * FIRSTTOUCH domains need to free to the correct zdom.  When
4466          * enabled this is the zdom of the item.   The bucket is the
4467          * cross bucket if the current domain and itemdomain do not match.
4468          */
4469         cbucket = &cache->uc_freebucket;
4470 #ifdef NUMA
4471         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4472                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4473                         cbucket = &cache->uc_crossbucket;
4474                         if (cbucket->ucb_cnt != 0)
4475                                 counter_u64_add(zone->uz_xdomain,
4476                                     cbucket->ucb_cnt);
4477                 }
4478         }
4479 #endif
4480         bucket = cache_bucket_unload(cbucket);
4481         KASSERT(bucket == NULL || bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
4482             ("cache_free: Entered with non-full free bucket."));
4483
4484         /* We are no longer associated with this CPU. */
4485         critical_exit();
4486
4487         /*
4488          * Don't let SMR zones operate without a free bucket.  Force
4489          * a synchronize and re-use this one.  We will only degrade
4490          * to a synchronize every bucket_size items rather than every
4491          * item if we fail to allocate a bucket.
4492          */
4493         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0) {
4494                 if (bucket != NULL)
4495                         bucket->ub_seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4496                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4497                 if (newbucket == NULL && bucket != NULL) {
4498                         bucket_drain(zone, bucket);
4499                         newbucket = bucket;
4500                         bucket = NULL;
4501                 }
4502         } else if (!bucketdisable)
4503                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4504
4505         if (bucket != NULL)
4506                 zone_free_bucket(zone, bucket, udata, itemdomain, true);
4507
4508         critical_enter();
4509         if ((bucket = newbucket) == NULL)
4510                 return (false);
4511         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4512 #ifdef NUMA
4513         /*
4514          * Check to see if we should be populating the cross bucket.  If it
4515          * is already populated we will fall through and attempt to populate
4516          * the free bucket.
4517          */
4518         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4519                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain &&
4520                     cache->uc_crossbucket.ucb_bucket == NULL) {
4521                         cache_bucket_load_cross(cache, bucket);
4522                         return (true);
4523                 }
4524         }
4525 #endif
4526         /*
4527          * We may have lost the race to fill the bucket or switched CPUs.
4528          */
4529         if (cache->uc_freebucket.ucb_bucket != NULL) {
4530                 critical_exit();
4531                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4532                 critical_enter();
4533         } else
4534                 cache_bucket_load_free(cache, bucket);
4535
4536         return (true);
4537 }
4538
4539 static void
4540 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4541 {
4542         uma_keg_t keg;
4543         uma_domain_t dom;
4544         int freei;
4545
4546         keg = zone->uz_keg;
4547         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
4548
4549         /* Do we need to remove from any lists? */
4550         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4551         if (slab->us_freecount + 1 == keg->uk_ipers) {
4552                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4553                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
4554                 dom->ud_free_slabs++;
4555         } else if (slab->us_freecount == 0) {
4556                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4557                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
4558         }
4559
4560         /* Slab management. */
4561         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
4562         BIT_SET(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
4563         slab->us_freecount++;
4564
4565         /* Keg statistics. */
4566         dom->ud_free_items++;
4567 }
4568
4569 static void
4570 zone_release(void *arg, void **bucket, int cnt)
4571 {
4572         struct mtx *lock;
4573         uma_zone_t zone;
4574         uma_slab_t slab;
4575         uma_keg_t keg;
4576         uint8_t *mem;
4577         void *item;
4578         int i;
4579
4580         zone = arg;
4581         keg = zone->uz_keg;
4582         lock = NULL;
4583         if (__predict_false((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0))
4584                 lock = KEG_LOCK(keg, 0);
4585         for (i = 0; i < cnt; i++) {
4586                 item = bucket[i];
4587                 if (__predict_true((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB) != 0)) {
4588                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
4589                 } else {
4590                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4591                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
4592                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4593                         else
4594                                 slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4595                 }
4596                 if (lock != KEG_LOCKPTR(keg, slab->us_domain)) {
4597                         if (lock != NULL)
4598                                 mtx_unlock(lock);
4599                         lock = KEG_LOCK(keg, slab->us_domain);
4600                 }
4601                 slab_free_item(zone, slab, item);
4602         }
4603         if (lock != NULL)
4604                 mtx_unlock(lock);
4605 }
4606
4607 /*
4608  * Frees a single item to any zone.
4609  *
4610  * Arguments:
4611  *      zone   The zone to free to
4612  *      item   The item we're freeing
4613  *      udata  User supplied data for the dtor
4614  *      skip   Skip dtors and finis
4615  */
4616 static __noinline void
4617 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
4618 {
4619
4620         /*
4621          * If a free is sent directly to an SMR zone we have to
4622          * synchronize immediately because the item can instantly
4623          * be reallocated. This should only happen in degenerate
4624          * cases when no memory is available for per-cpu caches.
4625          */
4626         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 && skip == SKIP_NONE)
4627                 smr_synchronize(zone->uz_smr);
4628
4629         item_dtor(zone, item, zone->uz_size, udata, skip);
4630
4631         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
4632                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
4633
4634         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
4635
4636         if (skip & SKIP_CNT)
4637                 return;
4638
4639         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
4640
4641         if (zone->uz_max_items > 0)
4642                 zone_free_limit(zone, 1);
4643 }
4644
4645 /* See uma.h */
4646 int
4647 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
4648 {
4649
4650         /*
4651          * If the limit is small, we may need to constrain the maximum per-CPU
4652          * cache size, or disable caching entirely.
4653          */
4654         uma_zone_set_maxcache(zone, nitems);
4655
4656         /*
4657          * XXX This can misbehave if the zone has any allocations with
4658          * no limit and a limit is imposed.  There is currently no
4659          * way to clear a limit.
4660          */
4661         ZONE_LOCK(zone);
4662         zone->uz_max_items = nitems;
4663         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT;
4664         zone_update_caches(zone);
4665         /* We may need to wake waiters. */
4666         wakeup(&zone->uz_max_items);
4667         ZONE_UNLOCK(zone);
4668
4669         return (nitems);
4670 }
4671
4672 /* See uma.h */
4673 void
4674 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
4675 {
4676         int bpcpu, bpdom, bsize, nb;
4677
4678         ZONE_LOCK(zone);
4679
4680         /*
4681          * Compute a lower bound on the number of items that may be cached in
4682          * the zone.  Each CPU gets at least two buckets, and for cross-domain
4683          * frees we use an additional bucket per CPU and per domain.  Select the
4684          * largest bucket size that does not exceed half of the requested limit,
4685          * with the left over space given to the full bucket cache.
4686          */
4687         bpdom = 0;
4688         bpcpu = 2;
4689 #ifdef NUMA
4690         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 && vm_ndomains > 1) {
4691                 bpcpu++;
4692                 bpdom++;
4693         }
4694 #endif
4695         nb = bpcpu * mp_ncpus + bpdom * vm_ndomains;
4696         bsize = nitems / nb / 2;
4697         if (bsize > BUCKET_MAX)
4698                 bsize = BUCKET_MAX;
4699         else if (bsize == 0 && nitems / nb > 0)
4700                 bsize = 1;
4701         zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = bsize;
4702         if (zone->uz_bucket_size_min > zone->uz_bucket_size_max)
4703                 zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size_max;
4704         zone->uz_bucket_max = nitems - nb * bsize;
4705         ZONE_UNLOCK(zone);
4706 }
4707
4708 /* See uma.h */
4709 int
4710 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
4711 {
4712         int nitems;
4713
4714         nitems = atomic_load_64(&zone->uz_max_items);
4715
4716         return (nitems);
4717 }
4718
4719 /* See uma.h */
4720 void
4721 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
4722 {
4723
4724         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4725         zone->uz_warning = warning;
4726 }
4727
4728 /* See uma.h */
4729 void
4730 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
4731 {
4732
4733         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4734         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
4735 }
4736
4737 /* See uma.h */
4738 int
4739 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
4740 {
4741         int64_t nitems;
4742         u_int i;
4743
4744         nitems = 0;
4745         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER && zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4746                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
4747                     counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4748         CPU_FOREACH(i)
4749                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs) -
4750                     atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4751
4752         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
4753 }
4754
4755 static uint64_t
4756 uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone)
4757 {
4758         uint64_t nitems;
4759         u_int i;
4760
4761         nitems = 0;
4762         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER)
4763                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs);
4764         CPU_FOREACH(i)
4765                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs);
4766
4767         return (nitems);
4768 }
4769
4770 static uint64_t
4771 uma_zone_get_frees(uma_zone_t zone)
4772 {
4773         uint64_t nitems;
4774         u_int i;
4775
4776         nitems = 0;
4777         if (zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4778                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4779         CPU_FOREACH(i)
4780                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4781
4782         return (nitems);
4783 }
4784
4785 #ifdef INVARIANTS
4786 /* Used only for KEG_ASSERT_COLD(). */
4787 static uint64_t
4788 uma_keg_get_allocs(uma_keg_t keg)
4789 {
4790         uma_zone_t z;
4791         uint64_t nitems;
4792
4793         nitems = 0;
4794         LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link)
4795                 nitems += uma_zone_get_allocs(z);
4796
4797         return (nitems);
4798 }
4799 #endif
4800
4801 /* See uma.h */
4802 void
4803 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
4804 {
4805         uma_keg_t keg;
4806
4807         KEG_GET(zone, keg);
4808         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4809         keg->uk_init = uminit;
4810 }
4811
4812 /* See uma.h */
4813 void
4814 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
4815 {
4816         uma_keg_t keg;
4817
4818         KEG_GET(zone, keg);
4819         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4820         keg->uk_fini = fini;
4821 }
4822
4823 /* See uma.h */
4824 void
4825 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
4826 {
4827
4828         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4829         zone->uz_init = zinit;
4830 }
4831
4832 /* See uma.h */
4833 void
4834 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
4835 {
4836
4837         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4838         zone->uz_fini = zfini;
4839 }
4840
4841 /* See uma.h */
4842 void
4843 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
4844 {
4845         uma_keg_t keg;
4846
4847         KEG_GET(zone, keg);
4848         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4849         keg->uk_freef = freef;
4850 }
4851
4852 /* See uma.h */
4853 void
4854 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
4855 {
4856         uma_keg_t keg;
4857
4858         KEG_GET(zone, keg);
4859         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4860         keg->uk_allocf = allocf;
4861 }
4862
4863 /* See uma.h */
4864 void
4865 uma_zone_set_smr(uma_zone_t zone, smr_t smr)
4866 {
4867
4868         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4869
4870         KASSERT(smr != NULL, ("Got NULL smr"));
4871         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4872             ("zone %p (%s) already uses SMR", zone, zone->uz_name));
4873         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SMR;
4874         zone->uz_smr = smr;
4875         zone_update_caches(zone);
4876 }
4877
4878 smr_t
4879 uma_zone_get_smr(uma_zone_t zone)
4880 {
4881
4882         return (zone->uz_smr);
4883 }
4884
4885 /* See uma.h */
4886 void
4887 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
4888 {
4889         uma_keg_t keg;
4890
4891         KEG_GET(zone, keg);
4892         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4893         keg->uk_reserve = items;
4894 }
4895
4896 /* See uma.h */
4897 int
4898 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
4899 {
4900         uma_keg_t keg;
4901         vm_offset_t kva;
4902         u_int pages;
4903
4904         KEG_GET(zone, keg);
4905         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4906         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4907
4908         pages = howmany(count, keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
4909
4910 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4911         if (keg->uk_ppera > 1) {
4912 #else
4913         if (1) {
4914 #endif
4915                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
4916                 if (kva == 0)
4917                         return (0);
4918         } else
4919                 kva = 0;
4920
4921         MPASS(keg->uk_kva == 0);
4922         keg->uk_kva = kva;
4923         keg->uk_offset = 0;
4924         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
4925 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4926         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
4927 #else
4928         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
4929 #endif
4930         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4931         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4932         zone_update_caches(zone);
4933
4934         return (1);
4935 }
4936
4937 /* See uma.h */
4938 void
4939 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
4940 {
4941         struct vm_domainset_iter di;
4942         uma_domain_t dom;
4943         uma_slab_t slab;
4944         uma_keg_t keg;
4945         int aflags, domain, slabs;
4946
4947         KEG_GET(zone, keg);
4948         slabs = howmany(items, keg->uk_ipers);
4949         while (slabs-- > 0) {
4950                 aflags = M_NOWAIT;
4951                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
4952                     &aflags);
4953                 for (;;) {
4954                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
4955                             aflags);
4956                         if (slab != NULL) {
4957                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4958                                 /*
4959                                  * keg_alloc_slab() always returns a slab on the
4960                                  * partial list.
4961                                  */
4962                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4963                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
4964                                     us_link);
4965                                 dom->ud_free_slabs++;
4966                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
4967                                 break;
4968                         }
4969                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
4970                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
4971                 }
4972         }
4973 }
4974
4975 /*
4976  * Returns a snapshot of memory consumption in bytes.
4977  */
4978 size_t
4979 uma_zone_memory(uma_zone_t zone)
4980 {
4981         size_t sz;
4982         int i;
4983
4984         sz = 0;
4985         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) {
4986                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4987                         sz += ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
4988                 return (sz * zone->uz_size);
4989         }
4990         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4991                 sz += zone->uz_keg->uk_domain[i].ud_pages;
4992
4993         return (sz * PAGE_SIZE);
4994 }
4995
4996 /* See uma.h */
4997 void
4998 uma_reclaim(int req)
4999 {
5000         uma_reclaim_domain(req, UMA_ANYDOMAIN);
5001 }
5002
5003 void
5004 uma_reclaim_domain(int req, int domain)
5005 {
5006         void *arg;
5007
5008         bucket_enable();
5009
5010         arg = (void *)(uintptr_t)domain;
5011         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
5012         switch (req) {
5013         case UMA_RECLAIM_TRIM:
5014                 zone_foreach(zone_trim, arg);
5015                 break;
5016         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
5017                 zone_foreach(zone_drain, arg);
5018                 break;
5019         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
5020                 zone_foreach(zone_drain, arg);
5021                 pcpu_cache_drain_safe(NULL);
5022                 zone_foreach(zone_drain, arg);
5023                 break;
5024         default:
5025                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
5026         }
5027
5028         /*
5029          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
5030          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
5031          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
5032          */
5033         zone_drain(slabzones[0], arg);
5034         zone_drain(slabzones[1], arg);
5035         bucket_zone_drain(domain);
5036         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
5037 }
5038
5039 static volatile int uma_reclaim_needed;
5040
5041 void
5042 uma_reclaim_wakeup(void)
5043 {
5044
5045         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
5046                 wakeup(uma_reclaim);
5047 }
5048
5049 void
5050 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
5051 {
5052
5053         for (;;) {
5054                 sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
5055                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
5056                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_reclaim_lock, PVM, "umarcl",
5057                             hz);
5058                 sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
5059                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
5060                 uma_reclaim(UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU);
5061                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
5062                 /* Don't fire more than once per-second. */
5063                 pause("umarclslp", hz);
5064         }
5065 }
5066
5067 /* See uma.h */
5068 void
5069 uma_zone_reclaim(uma_zone_t zone, int req)
5070 {
5071         uma_zone_reclaim_domain(zone, req, UMA_ANYDOMAIN);
5072 }
5073
5074 void
5075 uma_zone_reclaim_domain(uma_zone_t zone, int req, int domain)
5076 {
5077         void *arg;
5078
5079         arg = (void *)(uintptr_t)domain;
5080         switch (req) {
5081         case UMA_RECLAIM_TRIM:
5082                 zone_trim(zone, arg);
5083                 break;
5084         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
5085                 zone_drain(zone, arg);
5086                 break;
5087         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
5088                 pcpu_cache_drain_safe(zone);
5089                 zone_drain(zone, arg);
5090                 break;
5091         default:
5092                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
5093         }
5094 }
5095
5096 /* See uma.h */
5097 int
5098 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
5099 {
5100
5101         return (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0);
5102 }
5103
5104 unsigned long
5105 uma_limit(void)
5106 {
5107
5108         return (uma_kmem_limit);
5109 }
5110
5111 void
5112 uma_set_limit(unsigned long limit)
5113 {
5114
5115         uma_kmem_limit = limit;
5116 }
5117
5118 unsigned long
5119 uma_size(void)
5120 {
5121
5122         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
5123 }
5124
5125 long
5126 uma_avail(void)
5127 {
5128
5129         return (uma_kmem_limit - uma_size());
5130 }
5131
5132 #ifdef DDB
5133 /*
5134  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
5135  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
5136  *
5137  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
5138  * per-CPU cache statistic.
5139  *
5140  */
5141 static void
5142 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
5143     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp, uint64_t *xdomainp)
5144 {
5145         uma_cache_t cache;
5146         uint64_t allocs, frees, sleeps, xdomain;
5147         int cachefree, cpu;
5148
5149         allocs = frees = sleeps = xdomain = 0;
5150         cachefree = 0;
5151         CPU_FOREACH(cpu) {
5152                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
5153                 cachefree += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5154                 cachefree += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5155                 xdomain += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5156                 cachefree += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5157                 allocs += cache->uc_allocs;
5158                 frees += cache->uc_frees;
5159         }
5160         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5161         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5162         xdomain += counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5163         sleeps += z->uz_sleeps;
5164         if (cachefreep != NULL)
5165                 *cachefreep = cachefree;
5166         if (allocsp != NULL)
5167                 *allocsp = allocs;
5168         if (freesp != NULL)
5169                 *freesp = frees;
5170         if (sleepsp != NULL)
5171                 *sleepsp = sleeps;
5172         if (xdomainp != NULL)
5173                 *xdomainp = xdomain;
5174 }
5175 #endif /* DDB */
5176
5177 static int
5178 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5179 {
5180         uma_keg_t kz;
5181         uma_zone_t z;
5182         int count;
5183
5184         count = 0;
5185         rw_rlock(&uma_rwlock);
5186         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5187                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5188                         count++;
5189         }
5190         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5191                 count++;
5192
5193         rw_runlock(&uma_rwlock);
5194         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
5195 }
5196
5197 static void
5198 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
5199     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
5200 {
5201         uma_zone_domain_t zdom;
5202         uma_cache_t cache;
5203         int i;
5204
5205         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5206                 zdom = ZDOM_GET(z, i);
5207                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
5208         }
5209         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5210         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5211         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
5212         uth->uth_xdomain = counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5213         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
5214
5215         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
5216                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
5217                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
5218                         continue;
5219                 cache = &z->uz_cpu[i];
5220                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5221                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5222                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5223                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
5224                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
5225         }
5226 }
5227
5228 static int
5229 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5230 {
5231         struct uma_stream_header ush;
5232         struct uma_type_header uth;
5233         struct uma_percpu_stat *ups;
5234         struct sbuf sbuf;
5235         uma_keg_t kz;
5236         uma_zone_t z;
5237         uint64_t items;
5238         uint32_t kfree, pages;
5239         int count, error, i;
5240
5241         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
5242         if (error != 0)
5243                 return (error);
5244         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
5245         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
5246         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
5247
5248         count = 0;
5249         rw_rlock(&uma_rwlock);
5250         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5251                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5252                         count++;
5253         }
5254
5255         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5256                 count++;
5257
5258         /*
5259          * Insert stream header.
5260          */
5261         bzero(&ush, sizeof(ush));
5262         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
5263         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
5264         ush.ush_count = count;
5265         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
5266
5267         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5268                 kfree = pages = 0;
5269                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5270                         kfree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5271                         pages += kz->uk_domain[i].ud_pages;
5272                 }
5273                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5274                         bzero(&uth, sizeof(uth));
5275                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5276                         uth.uth_align = kz->uk_align;
5277                         uth.uth_size = kz->uk_size;
5278                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
5279                         if (z->uz_max_items > 0) {
5280                                 items = UZ_ITEMS_COUNT(z->uz_items);
5281                                 uth.uth_pages = (items / kz->uk_ipers) *
5282                                         kz->uk_ppera;
5283                         } else
5284                                 uth.uth_pages = pages;
5285                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
5286                             kz->uk_ppera;
5287                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
5288                         uth.uth_keg_free = kfree;
5289
5290                         /*
5291                          * A zone is secondary is it is not the first entry
5292                          * on the keg's zone list.
5293                          */
5294                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5295                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
5296                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
5297                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
5298                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
5299                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5300                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5301                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5302                 }
5303         }
5304         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5305                 bzero(&uth, sizeof(uth));
5306                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5307                 uth.uth_size = z->uz_size;
5308                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
5309                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5310                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5311                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5312         }
5313
5314         rw_runlock(&uma_rwlock);
5315         error = sbuf_finish(&sbuf);
5316         sbuf_delete(&sbuf);
5317         free(ups, M_TEMP);
5318         return (error);
5319 }
5320
5321 int
5322 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5323 {
5324         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5325         int error, max;
5326
5327         max = uma_zone_get_max(zone);
5328         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
5329         if (error || !req->newptr)
5330                 return (error);
5331
5332         uma_zone_set_max(zone, max);
5333
5334         return (0);
5335 }
5336
5337 int
5338 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5339 {
5340         uma_zone_t zone;
5341         int cur;
5342
5343         /*
5344          * Some callers want to add sysctls for global zones that
5345          * may not yet exist so they pass a pointer to a pointer.
5346          */
5347         if (arg2 == 0)
5348                 zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5349         else
5350                 zone = arg1;
5351         cur = uma_zone_get_cur(zone);
5352         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
5353 }
5354
5355 static int
5356 sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5357 {
5358         uma_zone_t zone = arg1;
5359         uint64_t cur;
5360
5361         cur = uma_zone_get_allocs(zone);
5362         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5363 }
5364
5365 static int
5366 sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5367 {
5368         uma_zone_t zone = arg1;
5369         uint64_t cur;
5370
5371         cur = uma_zone_get_frees(zone);
5372         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5373 }
5374
5375 static int
5376 sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5377 {
5378         struct sbuf sbuf;
5379         uma_zone_t zone = arg1;
5380         int error;
5381
5382         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 0, req);
5383         if (zone->uz_flags != 0)
5384                 sbuf_printf(&sbuf, "0x%b", zone->uz_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS);
5385         else
5386                 sbuf_printf(&sbuf, "0");
5387         error = sbuf_finish(&sbuf);
5388         sbuf_delete(&sbuf);
5389
5390         return (error);
5391 }
5392
5393 static int
5394 sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5395 {
5396         uma_keg_t keg = arg1;
5397         int avail, effpct, total;
5398
5399         total = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
5400         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
5401                 total += slabzone(keg->uk_ipers)->uz_keg->uk_rsize;
5402         /*
5403          * We consider the client's requested size and alignment here, not the
5404          * real size determination uk_rsize, because we also adjust the real
5405          * size for internal implementation reasons (max bitset size).
5406          */
5407         avail = keg->uk_ipers * roundup2(keg->uk_size, keg->uk_align + 1);
5408         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
5409                 avail *= mp_maxid + 1;
5410         effpct = 100 * avail / total;
5411         return (sysctl_handle_int(oidp, &effpct, 0, req));
5412 }
5413
5414 static int
5415 sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5416 {
5417         uma_zone_t zone = arg1;
5418         uint64_t cur;
5419
5420         cur = UZ_ITEMS_COUNT(atomic_load_64(&zone->uz_items));
5421         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5422 }
5423
5424 #ifdef INVARIANTS
5425 static uma_slab_t
5426 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
5427 {
5428         uma_slab_t slab;
5429         uma_keg_t keg;
5430         uint8_t *mem;
5431
5432         /*
5433          * It is safe to return the slab here even though the
5434          * zone is unlocked because the item's allocation state
5435          * essentially holds a reference.
5436          */
5437         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
5438         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5439                 return (NULL);
5440         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
5441                 return (vtoslab((vm_offset_t)mem));
5442         keg = zone->uz_keg;
5443         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
5444                 return ((uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff));
5445         KEG_LOCK(keg, 0);
5446         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
5447         KEG_UNLOCK(keg, 0);
5448
5449         return (slab);
5450 }
5451
5452 static bool
5453 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
5454 {
5455
5456         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5457                 return (true);
5458
5459         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
5460 }
5461
5462 static bool
5463 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
5464 {
5465         uintptr_t idx;
5466
5467         if (dbg_divisor == 0)
5468                 return (true);
5469
5470         if (dbg_divisor == 1)
5471                 return (false);
5472
5473         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
5474         if (keg->uk_ipers > 1) {
5475                 idx *= keg->uk_ipers;
5476                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
5477         }
5478
5479         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
5480                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
5481                 return (true);
5482         }
5483         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
5484
5485         return (false);
5486 }
5487
5488 /*
5489  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
5490  *
5491  */
5492 static void
5493 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5494 {
5495         uma_keg_t keg;
5496         int freei;
5497
5498         if (slab == NULL) {
5499                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5500                 if (slab == NULL) 
5501                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s",
5502                             item, zone->uz_name);
5503         }
5504         keg = zone->uz_keg;
5505         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5506
5507         if (BIT_TEST_SET_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5508             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5509                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5510                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5511 }
5512
5513 /*
5514  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
5515  * and duplicate frees.
5516  *
5517  */
5518 static void
5519 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5520 {
5521         uma_keg_t keg;
5522         int freei;
5523
5524         if (slab == NULL) {
5525                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5526                 if (slab == NULL) 
5527                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s",
5528                             item, zone->uz_name);
5529         }
5530         keg = zone->uz_keg;
5531         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5532
5533         if (freei >= keg->uk_ipers)
5534                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5535                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5536
5537         if (slab_item(slab, keg, freei) != item)
5538                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5539                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5540
5541         if (!BIT_TEST_CLR_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei,
5542             slab_dbg_bits(slab, keg)))
5543                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5544                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5545 }
5546 #endif /* INVARIANTS */
5547
5548 #ifdef DDB
5549 static int64_t
5550 get_uma_stats(uma_keg_t kz, uma_zone_t z, uint64_t *allocs, uint64_t *used,
5551     uint64_t *sleeps, long *cachefree, uint64_t *xdomain)
5552 {
5553         uint64_t frees;
5554         int i;
5555
5556         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
5557                 *allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5558                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5559                 *sleeps = z->uz_sleeps;
5560                 *cachefree = 0;
5561                 *xdomain = 0;
5562         } else
5563                 uma_zone_sumstat(z, cachefree, allocs, &frees, sleeps,
5564                     xdomain);
5565         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5566                 *cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5567                 if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5568                     (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
5569                         *cachefree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5570         }
5571         *used = *allocs - frees;
5572         return (((int64_t)*used + *cachefree) * kz->uk_size);
5573 }
5574
5575 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
5576 {
5577         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
5578         uma_keg_t kz;
5579         uma_zone_t z;
5580         uint64_t allocs, used, sleeps, xdomain;
5581         long cachefree;
5582         /* variables for sorting */
5583         uma_keg_t cur_keg;
5584         uma_zone_t cur_zone, last_zone;
5585         int64_t cur_size, last_size, size;
5586         int ties;
5587
5588         /* /i option produces machine-parseable CSV output */
5589         if (modif[0] == 'i') {
5590                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s\n";
5591                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jd,%ld,%ju,%ju,%u,%jd,%ju\n";
5592         } else {
5593                 fmt_hdr = "%18s %6s %7s %7s %11s %7s %7s %10s %8s\n";
5594                 fmt_entry = "%18s %6ju %7jd %7ld %11ju %7ju %7u %10jd %8ju\n";
5595         }
5596
5597         db_printf(fmt_hdr, "Zone", "Size", "Used", "Free", "Requests",
5598             "Sleeps", "Bucket", "Total Mem", "XFree");
5599
5600         /* Sort the zones with largest size first. */
5601         last_zone = NULL;
5602         last_size = INT64_MAX;
5603         for (;;) {
5604                 cur_zone = NULL;
5605                 cur_size = -1;
5606                 ties = 0;
5607                 LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5608                         LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5609                                 /*
5610                                  * In the case of size ties, print out zones
5611                                  * in the order they are encountered.  That is,
5612                                  * when we encounter the most recently output
5613                                  * zone, we have already printed all preceding
5614                                  * ties, and we must print all following ties.
5615                                  */
5616                                 if (z == last_zone) {
5617                                         ties = 1;
5618                                         continue;
5619                                 }
5620                                 size = get_uma_stats(kz, z, &allocs, &used,
5621                                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5622                                 if (size > cur_size && size < last_size + ties)
5623                                 {
5624                                         cur_size = size;
5625                                         cur_zone = z;
5626                                         cur_keg = kz;
5627                                 }
5628                         }
5629                 }
5630                 if (cur_zone == NULL)
5631                         break;
5632
5633                 size = get_uma_stats(cur_keg, cur_zone, &allocs, &used,
5634                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5635                 db_printf(fmt_entry, cur_zone->uz_name,
5636                     (uintmax_t)cur_keg->uk_size, (intmax_t)used, cachefree,
5637                     (uintmax_t)allocs, (uintmax_t)sleeps,
5638                     (unsigned)cur_zone->uz_bucket_size, (intmax_t)size,
5639                     xdomain);
5640
5641                 if (db_pager_quit)
5642                         return;
5643                 last_zone = cur_zone;
5644                 last_size = cur_size;
5645         }
5646 }
5647
5648 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
5649 {
5650         uma_zone_t z;
5651         uint64_t allocs, frees;
5652         long cachefree;
5653         int i;
5654
5655         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
5656             "Requests", "Bucket");
5657         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5658                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL, NULL);
5659                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
5660                         cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5661                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
5662                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
5663                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
5664                     (uintmax_t)allocs, z->uz_bucket_size);
5665                 if (db_pager_quit)
5666                         return;
5667         }
5668 }
5669 #endif  /* DDB */