sys/vm/uma_core.c

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