sys/vm/uma_core.c

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