sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/smp.h>
  79 #include <sys/taskqueue.h>
  80 #include <sys/vmmeter.h>
  81
  82 #include <vm/vm.h>
  83 #include <vm/vm_domainset.h>
  84 #include <vm/vm_object.h>
  85 #include <vm/vm_page.h>
  86 #include <vm/vm_pageout.h>
  87 #include <vm/vm_param.h>
  88 #include <vm/vm_phys.h>
  89 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  90 #include <vm/vm_map.h>
  91 #include <vm/vm_kern.h>
  92 #include <vm/vm_extern.h>
  93 #include <vm/uma.h>
  94 #include <vm/uma_int.h>
  95 #include <vm/uma_dbg.h>
  96
  97 #include <ddb/ddb.h>
  98
  99 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 100 #include <vm/memguard.h>
 101 #endif
 102
 103 /*
 104  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 105  */
 106 static uma_zone_t kegs;
 107 static uma_zone_t zones;
 108
 109 /* This is the zone from which all offpage uma_slab_ts are allocated. */
 110 static uma_zone_t slabzone;
 111
 112 /*
 113  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 114  * prior to malloc coming up.
 115  */
 116 static uma_zone_t hashzone;
 117
 118 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 119 int uma_align_cache = 64 - 1;
 120
 121 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 122
 123 /*
 124  * Are we allowed to allocate buckets?
 125  */
 126 static int bucketdisable = 1;
 127
 128 /* Linked list of all kegs in the system */
 129 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 130
 131 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 132 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 133     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 134
 135 /* This RW lock protects the keg list */
 136 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 137
 138 /*
 139  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
 140  * startup to bootstrap UMA.
 141  */
 142 static char *bootmem;
 143 static int boot_pages;
 144
 145 static struct sx uma_drain_lock;
 146
 147 /* kmem soft limit. */
 148 static unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 149 static volatile unsigned long uma_kmem_total;
 150
 151 /* Is the VM done starting up? */
 152 static enum { BOOT_COLD = 0, BOOT_STRAPPED, BOOT_PAGEALLOC, BOOT_BUCKETS,
 153     BOOT_RUNNING } booted = BOOT_COLD;
 154
 155 /*
 156  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 157  * outside of the allocation fast path.
 158  */
 159 static struct callout uma_callout;
 160 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 161
 162 /*
 163  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 164  * a special allocation function just for zones.
 165  */
 166 struct uma_zctor_args {
 167         const char *name;
 168         size_t size;
 169         uma_ctor ctor;
 170         uma_dtor dtor;
 171         uma_init uminit;
 172         uma_fini fini;
 173         uma_import import;
 174         uma_release release;
 175         void *arg;
 176         uma_keg_t keg;
 177         int align;
 178         uint32_t flags;
 179 };
 180
 181 struct uma_kctor_args {
 182         uma_zone_t zone;
 183         size_t size;
 184         uma_init uminit;
 185         uma_fini fini;
 186         int align;
 187         uint32_t flags;
 188 };
 189
 190 struct uma_bucket_zone {
 191         uma_zone_t      ubz_zone;
 192         char            *ubz_name;
 193         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 194         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 195 };
 196
 197 /*
 198  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 199  * of two sizes for more efficient space utilization.
 200  */
 201 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 202     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 203
 204 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 205
 206 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 207         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
 208         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
 209         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
 210         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
 211         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
 212         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 213         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 214         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 215         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 216         { NULL, NULL, 0}
 217 };
 218
 219 /*
 220  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 221  */
 222 enum zfreeskip {
 223         SKIP_NONE =     0,
 224         SKIP_CNT =      0x00000001,
 225         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 226         SKIP_FINI =     0x00020000,
 227 };
 228
 229 #define UMA_ANYDOMAIN   -1      /* Special value for domain search. */
 230
 231 /* Prototypes.. */
 232
 233 int     uma_startup_count(int);
 234 void    uma_startup(void *, int);
 235 void    uma_startup1(void);
 236 void    uma_startup2(void);
 237
 238 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 239 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 240 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 241 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 242 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 243 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 244 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 245 static void cache_drain(uma_zone_t);
 246 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 247 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
 248 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 249 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 250 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 251 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 252 static int zero_init(void *, int, int);
 253 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
 254 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
 255 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
 256 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
 257 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
 258 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 259 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 260 static void uma_timeout(void *);
 261 static void uma_startup3(void);
 262 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 263 static void *zone_alloc_item_locked(uma_zone_t, void *, int, int);
 264 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 265 static void bucket_enable(void);
 266 static void bucket_init(void);
 267 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 268 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 269 static void bucket_zone_drain(void);
 270 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int, int);
 271 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t, uma_keg_t, int, int);
 272 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 273 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 274 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 275     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 276 static int zone_import(uma_zone_t, void **, int, int, int);
 277 static void zone_release(uma_zone_t, void **, int);
 278 static void uma_zero_item(void *, uma_zone_t);
 279
 280 void uma_print_zone(uma_zone_t);
 281 void uma_print_stats(void);
 282 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 283 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 284
 285 #ifdef INVARIANTS
 286 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 287 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 288 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 289 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 290
 291 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD, 0,
 292     "Memory allocation debugging");
 293
 294 static u_int dbg_divisor = 1;
 295 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 296     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 297     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 298
 299 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 300 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 301 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 302     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 303 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 304     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 305 #endif
 306
 307 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
 308
 309 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
 310     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 311
 312 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
 313     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 314
 315 static int zone_warnings = 1;
 316 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 317     "Warn when UMA zones becomes full");
 318
 319 /* Adjust bytes under management by UMA. */
 320 static inline void
 321 uma_total_dec(unsigned long size)
 322 {
 323
 324         atomic_subtract_long(&uma_kmem_total, size);
 325 }
 326
 327 static inline void
 328 uma_total_inc(unsigned long size)
 329 {
 330
 331         if (atomic_fetchadd_long(&uma_kmem_total, size) > uma_kmem_limit)
 332                 uma_reclaim_wakeup();
 333 }
 334
 335 /*
 336  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 337  */
 338 static void
 339 bucket_enable(void)
 340 {
 341         bucketdisable = vm_page_count_min();
 342 }
 343
 344 /*
 345  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 346  *
 347  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 348  * of the header and an array of pointers.
 349  */
 350 static void
 351 bucket_init(void)
 352 {
 353         struct uma_bucket_zone *ubz;
 354         int size;
 355
 356         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 357                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 358                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 359                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 360                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 361                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET | UMA_ZONE_NUMA);
 362         }
 363 }
 364
 365 /*
 366  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 367  * to allocate the bucket.
 368  */
 369 static struct uma_bucket_zone *
 370 bucket_zone_lookup(int entries)
 371 {
 372         struct uma_bucket_zone *ubz;
 373
 374         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 375                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 376                         return (ubz);
 377         ubz--;
 378         return (ubz);
 379 }
 380
 381 static int
 382 bucket_select(int size)
 383 {
 384         struct uma_bucket_zone *ubz;
 385
 386         ubz = &bucket_zones[0];
 387         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 388                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 389
 390         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 391                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 392                         break;
 393         ubz--;
 394         return (ubz->ubz_entries);
 395 }
 396
 397 static uma_bucket_t
 398 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 399 {
 400         struct uma_bucket_zone *ubz;
 401         uma_bucket_t bucket;
 402
 403         /*
 404          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
 405          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
 406          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
 407          * low memory situations.
 408          */
 409         if (bucketdisable)
 410                 return (NULL);
 411         /*
 412          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 413          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 414          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 415          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 416          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 417          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 418          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 419          * free path.
 420          */
 421         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 422                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 423         else {
 424                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 425                         return (NULL);
 426                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 427         }
 428         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
 429                 flags |= M_NOVM;
 430         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
 431         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 432                 ubz++;
 433         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 434         if (bucket) {
 435 #ifdef INVARIANTS
 436                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 437 #endif
 438                 bucket->ub_cnt = 0;
 439                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 440         }
 441
 442         return (bucket);
 443 }
 444
 445 static void
 446 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 447 {
 448         struct uma_bucket_zone *ubz;
 449
 450         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 451             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 452         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 453                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 454         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 455         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 456 }
 457
 458 static void
 459 bucket_zone_drain(void)
 460 {
 461         struct uma_bucket_zone *ubz;
 462
 463         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 464                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
 465 }
 466
 467 static uma_bucket_t
 468 zone_try_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, const bool ws)
 469 {
 470         uma_bucket_t bucket;
 471
 472         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 473
 474         if ((bucket = LIST_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) != NULL) {
 475                 MPASS(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt);
 476                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
 477                 zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 478                 if (ws && zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 479                         zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 480                 zone->uz_bkt_count -= bucket->ub_cnt;
 481         }
 482         return (bucket);
 483 }
 484
 485 static void
 486 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, uma_bucket_t bucket,
 487     const bool ws)
 488 {
 489
 490         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
 491         KASSERT(zone->uz_bkt_count < zone->uz_bkt_max, ("%s: zone %p overflow",
 492             __func__, zone));
 493
 494         LIST_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 495         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 496         if (ws && zdom->uzd_imax < zdom->uzd_nitems)
 497                 zdom->uzd_imax = zdom->uzd_nitems;
 498         zone->uz_bkt_count += bucket->ub_cnt;
 499 }
 500
 501 static void
 502 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 503 {
 504         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 505
 506         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 507                 return;
 508
 509         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 510                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 511 }
 512
 513 static inline void
 514 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 515 {
 516
 517         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 518                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 519 }
 520
 521 /*
 522  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 523  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 524  *
 525  * Arguments:
 526  *      arg   Unused
 527  *
 528  * Returns:
 529  *      Nothing
 530  */
 531 static void
 532 uma_timeout(void *unused)
 533 {
 534         bucket_enable();
 535         zone_foreach(zone_timeout);
 536
 537         /* Reschedule this event */
 538         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 539 }
 540
 541 /*
 542  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 543  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 544  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 545  * last 100s.
 546  */
 547 static void
 548 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 549 {
 550         long wss;
 551
 552         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 553         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 554         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 555         zdom->uzd_wss = (3 * wss + 2 * zdom->uzd_wss) / 5;
 556 }
 557
 558 /*
 559  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 560  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 561  *
 562  *  Returns nothing.
 563  */
 564 static void
 565 zone_timeout(uma_zone_t zone)
 566 {
 567         uma_keg_t keg = zone->uz_keg;
 568
 569         KEG_LOCK(keg);
 570         /*
 571          * Expand the keg hash table.
 572          *
 573          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
 574          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
 575          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
 576          */
 577         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
 578             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
 579                 struct uma_hash newhash;
 580                 struct uma_hash oldhash;
 581                 int ret;
 582
 583                 /*
 584                  * This is so involved because allocating and freeing
 585                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
 586                  * I have to do everything in stages and check for
 587                  * races.
 588                  */
 589                 newhash = keg->uk_hash;
 590                 KEG_UNLOCK(keg);
 591                 ret = hash_alloc(&newhash);
 592                 KEG_LOCK(keg);
 593                 if (ret) {
 594                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
 595                                 oldhash = keg->uk_hash;
 596                                 keg->uk_hash = newhash;
 597                         } else
 598                                 oldhash = newhash;
 599
 600                         KEG_UNLOCK(keg);
 601                         hash_free(&oldhash);
 602                         return;
 603                 }
 604         }
 605
 606         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++)
 607                 zone_domain_update_wss(&zone->uz_domain[i]);
 608
 609         KEG_UNLOCK(keg);
 610 }
 611
 612 /*
 613  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
 614  * backing store.
 615  *
 616  * Arguments:
 617  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
 618  *
 619  * Returns:
 620  *      1 on success and 0 on failure.
 621  */
 622 static int
 623 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
 624 {
 625         int oldsize;
 626         size_t alloc;
 627
 628         oldsize = hash->uh_hashsize;
 629
 630         /* We're just going to go to a power of two greater */
 631         if (oldsize)  {
 632                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
 633                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
 634                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
 635                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
 636         } else {
 637                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
 638                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
 639                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
 640                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
 641         }
 642         if (hash->uh_slab_hash) {
 643                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
 644                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
 645                 return (1);
 646         }
 647
 648         return (0);
 649 }
 650
 651 /*
 652  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
 653  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
 654  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
 655  *
 656  * Arguments:
 657  *      oldhash  The hash you want to expand
 658  *      newhash  The hash structure for the new table
 659  *
 660  * Returns:
 661  *      Nothing
 662  *
 663  * Discussion:
 664  */
 665 static int
 666 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
 667 {
 668         uma_slab_t slab;
 669         int hval;
 670         int i;
 671
 672         if (!newhash->uh_slab_hash)
 673                 return (0);
 674
 675         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
 676                 return (0);
 677
 678         /*
 679          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
 680          * full rehash.
 681          */
 682
 683         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
 684                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
 685                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
 686                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
 687                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
 688                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
 689                             slab, us_hlink);
 690                 }
 691
 692         return (1);
 693 }
 694
 695 /*
 696  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
 697  *
 698  * Arguments:
 699  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
 700  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
 701  *
 702  * Returns:
 703  *      Nothing
 704  */
 705 static void
 706 hash_free(struct uma_hash *hash)
 707 {
 708         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
 709                 return;
 710         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
 711                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
 712         else
 713                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
 714 }
 715
 716 /*
 717  * Frees all outstanding items in a bucket
 718  *
 719  * Arguments:
 720  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
 721  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
 722  *
 723  * Returns:
 724  *      Nothing
 725  */
 726
 727 static void
 728 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
 729 {
 730         int i;
 731
 732         if (bucket == NULL)
 733                 return;
 734
 735         if (zone->uz_fini)
 736                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 737                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
 738         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
 739         if (zone->uz_max_items > 0) {
 740                 ZONE_LOCK(zone);
 741                 zone->uz_items -= bucket->ub_cnt;
 742                 if (zone->uz_sleepers && zone->uz_items < zone->uz_max_items)
 743                         wakeup_one(zone);
 744                 ZONE_UNLOCK(zone);
 745         }
 746         bucket->ub_cnt = 0;
 747 }
 748
 749 /*
 750  * Drains the per cpu caches for a zone.
 751  *
 752  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
 753  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
 754  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
 755  *
 756  * Arguments:
 757  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
 758  *
 759  * Returns:
 760  *      Nothing
 761  */
 762 static void
 763 cache_drain(uma_zone_t zone)
 764 {
 765         uma_cache_t cache;
 766         int cpu;
 767
 768         /*
 769          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
 770          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
 771          * of the caches at this point.
 772          *
 773          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
 774          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
 775          *
 776          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
 777          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
 778          * there in some form?
 779          */
 780         CPU_FOREACH(cpu) {
 781                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
 782                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
 783                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
 784                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
 785                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
 786                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
 787                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
 788                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
 789         }
 790         ZONE_LOCK(zone);
 791         bucket_cache_drain(zone);
 792         ZONE_UNLOCK(zone);
 793 }
 794
 795 static void
 796 cache_shrink(uma_zone_t zone)
 797 {
 798
 799         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 800                 return;
 801
 802         ZONE_LOCK(zone);
 803         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
 804         ZONE_UNLOCK(zone);
 805 }
 806
 807 static void
 808 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
 809 {
 810         uma_cache_t cache;
 811         uma_bucket_t b1, b2;
 812         int domain;
 813
 814         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
 815                 return;
 816
 817         b1 = b2 = NULL;
 818         ZONE_LOCK(zone);
 819         critical_enter();
 820         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA)
 821                 domain = PCPU_GET(domain);
 822         else
 823                 domain = 0;
 824         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
 825         if (cache->uc_allocbucket) {
 826                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
 827                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 828                             cache->uc_allocbucket, false);
 829                 else
 830                         b1 = cache->uc_allocbucket;
 831                 cache->uc_allocbucket = NULL;
 832         }
 833         if (cache->uc_freebucket) {
 834                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
 835                         zone_put_bucket(zone, &zone->uz_domain[domain],
 836                             cache->uc_freebucket, false);
 837                 else
 838                         b2 = cache->uc_freebucket;
 839                 cache->uc_freebucket = NULL;
 840         }
 841         critical_exit();
 842         ZONE_UNLOCK(zone);
 843         if (b1)
 844                 bucket_free(zone, b1, NULL);
 845         if (b2)
 846                 bucket_free(zone, b2, NULL);
 847 }
 848
 849 /*
 850  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
 851  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
 852  * one by one and enter a critical section on each of them in order
 853  * to safely access their cache buckets.
 854  * Zone lock must not be held on call this function.
 855  */
 856 static void
 857 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
 858 {
 859         int cpu;
 860
 861         /*
 862          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
 863          */
 864         if (zone)
 865                 cache_shrink(zone);
 866         else
 867                 zone_foreach(cache_shrink);
 868
 869         CPU_FOREACH(cpu) {
 870                 thread_lock(curthread);
 871                 sched_bind(curthread, cpu);
 872                 thread_unlock(curthread);
 873
 874                 if (zone)
 875                         cache_drain_safe_cpu(zone);
 876                 else
 877                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
 878         }
 879         thread_lock(curthread);
 880         sched_unbind(curthread);
 881         thread_unlock(curthread);
 882 }
 883
 884 /*
 885  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
 886  */
 887 static void
 888 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
 889 {
 890         uma_zone_domain_t zdom;
 891         uma_bucket_t bucket;
 892         int i;
 893
 894         /*
 895          * Drain the bucket queues and free the buckets.
 896          */
 897         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 898                 zdom = &zone->uz_domain[i];
 899                 while ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, false)) !=
 900                     NULL) {
 901                         ZONE_UNLOCK(zone);
 902                         bucket_drain(zone, bucket);
 903                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
 904                         ZONE_LOCK(zone);
 905                 }
 906         }
 907
 908         /*
 909          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
 910          * is probably lower then price of global cache drain.
 911          */
 912         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
 913                 zone->uz_count--;
 914 }
 915
 916 static void
 917 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
 918 {
 919         uint8_t *mem;
 920         int i;
 921         uint8_t flags;
 922
 923         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
 924             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 925
 926         mem = slab->us_data;
 927         flags = slab->us_flags;
 928         i = start;
 929         if (keg->uk_fini != NULL) {
 930                 for (i--; i > -1; i--)
 931 #ifdef INVARIANTS
 932                 /*
 933                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
 934                  * would check that memory hasn't been modified since free,
 935                  * which executed trash_dtor.
 936                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
 937                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
 938                  * invocations.
 939                  */
 940                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab->us_data + (keg->uk_rsize * i)) ||
 941                     keg->uk_fini != trash_fini)
 942 #endif
 943                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
 944                             keg->uk_size);
 945         }
 946         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
 947                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
 948         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
 949         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
 950 }
 951
 952 /*
 953  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
 954  * the pageout daemon.
 955  *
 956  * Returns nothing.
 957  */
 958 static void
 959 keg_drain(uma_keg_t keg)
 960 {
 961         struct slabhead freeslabs = { 0 };
 962         uma_domain_t dom;
 963         uma_slab_t slab, tmp;
 964         int i;
 965
 966         /*
 967          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
 968          * time
 969          */
 970         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
 971                 return;
 972
 973         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
 974             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
 975         KEG_LOCK(keg);
 976         if (keg->uk_free == 0)
 977                 goto finished;
 978
 979         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 980                 dom = &keg->uk_domain[i];
 981                 LIST_FOREACH_SAFE(slab, &dom->ud_free_slab, us_link, tmp) {
 982                         /* We have nowhere to free these to. */
 983                         if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
 984                                 continue;
 985
 986                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
 987                         keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
 988                         keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
 989
 990                         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
 991                                 UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab,
 992                                     slab->us_data);
 993
 994                         SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
 995                 }
 996         }
 997
 998 finished:
 999         KEG_UNLOCK(keg);
1000
1001         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
1002                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
1003                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1004         }
1005 }
1006
1007 static void
1008 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
1009 {
1010
1011         /*
1012          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1013          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1014          * is the only call that knows the structure will still be available
1015          * when it wakes up.
1016          */
1017         ZONE_LOCK(zone);
1018         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
1019                 if (waitok == M_NOWAIT)
1020                         goto out;
1021                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
1022         }
1023         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
1024         bucket_cache_drain(zone);
1025         ZONE_UNLOCK(zone);
1026         /*
1027          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1028          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1029          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1030          */
1031         keg_drain(zone->uz_keg);
1032         ZONE_LOCK(zone);
1033         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
1034         wakeup(zone);
1035 out:
1036         ZONE_UNLOCK(zone);
1037 }
1038
1039 void
1040 zone_drain(uma_zone_t zone)
1041 {
1042
1043         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
1044 }
1045
1046 /*
1047  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
1048  * If the allocation was successful, the keg lock will be held upon return,
1049  * otherwise the keg will be left unlocked.
1050  *
1051  * Arguments:
1052  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1053  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1054  *
1055  * Returns:
1056  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1057  *      caller specified M_NOWAIT.
1058  */
1059 static uma_slab_t
1060 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1061     int aflags)
1062 {
1063         uma_alloc allocf;
1064         uma_slab_t slab;
1065         unsigned long size;
1066         uint8_t *mem;
1067         uint8_t sflags;
1068         int i;
1069
1070         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1071             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1072         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
1073         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
1074
1075         allocf = keg->uk_allocf;
1076         KEG_UNLOCK(keg);
1077
1078         slab = NULL;
1079         mem = NULL;
1080         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
1081                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, domain, aflags);
1082                 if (slab == NULL)
1083                         goto out;
1084         }
1085
1086         /*
1087          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1088          * first time they are added to a zone.
1089          *
1090          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1091          */
1092
1093         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1094                 aflags |= M_ZERO;
1095         else
1096                 aflags &= ~M_ZERO;
1097
1098         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1099                 aflags |= M_NODUMP;
1100
1101         /* zone is passed for legacy reasons. */
1102         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1103         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1104         if (mem == NULL) {
1105                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1106                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
1107                 slab = NULL;
1108                 goto out;
1109         }
1110         uma_total_inc(size);
1111
1112         /* Point the slab into the allocated memory */
1113         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
1114                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1115
1116         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
1117                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1118                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1119
1120         slab->us_keg = keg;
1121         slab->us_data = mem;
1122         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1123         slab->us_flags = sflags;
1124         slab->us_domain = domain;
1125         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1126 #ifdef INVARIANTS
1127         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1128 #endif
1129
1130         if (keg->uk_init != NULL) {
1131                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1132                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1133                             keg->uk_size, flags) != 0)
1134                                 break;
1135                 if (i != keg->uk_ipers) {
1136                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1137                         slab = NULL;
1138                         goto out;
1139                 }
1140         }
1141         KEG_LOCK(keg);
1142
1143         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1144             slab, keg->uk_name, keg);
1145
1146         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1147                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1148
1149         keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1150         keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1151
1152 out:
1153         return (slab);
1154 }
1155
1156 /*
1157  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1158  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1159  * the VM is ready.
1160  */
1161 static void *
1162 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1163     int wait)
1164 {
1165         uma_keg_t keg;
1166         void *mem;
1167         int pages;
1168
1169         keg = zone->uz_keg;
1170         /*
1171          * If we are in BOOT_BUCKETS or higher, than switch to real
1172          * allocator.  Zones with page sized slabs switch at BOOT_PAGEALLOC.
1173          */
1174         switch (booted) {
1175                 case BOOT_COLD:
1176                 case BOOT_STRAPPED:
1177                         break;
1178                 case BOOT_PAGEALLOC:
1179                         if (keg->uk_ppera > 1)
1180                                 break;
1181                 case BOOT_BUCKETS:
1182                 case BOOT_RUNNING:
1183 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1184                         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ?
1185                             page_alloc : uma_small_alloc;
1186 #else
1187                         keg->uk_allocf = page_alloc;
1188 #endif
1189                         return keg->uk_allocf(zone, bytes, domain, pflag, wait);
1190         }
1191
1192         /*
1193          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1194          */
1195         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1196         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1197         if (pages > boot_pages)
1198                 panic("UMA zone \"%s\": Increase vm.boot_pages", zone->uz_name);
1199 #ifdef DIAGNOSTIC
1200         printf("%s from \"%s\", %d boot pages left\n", __func__, zone->uz_name,
1201             boot_pages);
1202 #endif
1203         mem = bootmem;
1204         boot_pages -= pages;
1205         bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1206         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1207
1208         return (mem);
1209 }
1210
1211 /*
1212  * Allocates a number of pages from the system
1213  *
1214  * Arguments:
1215  *      bytes  The number of bytes requested
1216  *      wait  Shall we wait?
1217  *
1218  * Returns:
1219  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1220  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1221  */
1222 static void *
1223 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1224     int wait)
1225 {
1226         void *p;        /* Returned page */
1227
1228         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1229         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1230
1231         return (p);
1232 }
1233
1234 static void *
1235 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1236     int wait)
1237 {
1238         struct pglist alloctail;
1239         vm_offset_t addr, zkva;
1240         int cpu, flags;
1241         vm_page_t p, p_next;
1242 #ifdef NUMA
1243         struct pcpu *pc;
1244 #endif
1245
1246         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1247
1248         TAILQ_INIT(&alloctail);
1249         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1250             malloc2vm_flags(wait);
1251         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1252         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1253                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1254                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1255                 } else {
1256 #ifndef NUMA
1257                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1258 #else
1259                         pc = pcpu_find(cpu);
1260                         p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, pc->pc_domain, flags);
1261                         if (__predict_false(p == NULL))
1262                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1263 #endif
1264                 }
1265                 if (__predict_false(p == NULL))
1266                         goto fail;
1267                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1268         }
1269         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1270                 goto fail;
1271         zkva = addr;
1272         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1273                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1274                 zkva += PAGE_SIZE;
1275         }
1276         return ((void*)addr);
1277  fail:
1278         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1279                 vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1280                 vm_page_free(p);
1281         }
1282         return (NULL);
1283 }
1284
1285 /*
1286  * Allocates a number of pages from within an object
1287  *
1288  * Arguments:
1289  *      bytes  The number of bytes requested
1290  *      wait   Shall we wait?
1291  *
1292  * Returns:
1293  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1294  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1295  */
1296 static void *
1297 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1298     int wait)
1299 {
1300         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1301         u_long npages;
1302         vm_offset_t retkva, zkva;
1303         vm_page_t p, p_next;
1304         uma_keg_t keg;
1305
1306         TAILQ_INIT(&alloctail);
1307         keg = zone->uz_keg;
1308
1309         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1310         while (npages > 0) {
1311                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1312                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1313                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1314                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1315                 if (p != NULL) {
1316                         /*
1317                          * Since the page does not belong to an object, its
1318                          * listq is unused.
1319                          */
1320                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1321                         npages--;
1322                         continue;
1323                 }
1324                 /*
1325                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1326                  * exit.
1327                  */
1328                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1329                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1330                         vm_page_free(p);
1331                 }
1332                 return (NULL);
1333         }
1334         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1335         zkva = keg->uk_kva +
1336             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1337         retkva = zkva;
1338         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1339                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1340                 zkva += PAGE_SIZE;
1341         }
1342
1343         return ((void *)retkva);
1344 }
1345
1346 /*
1347  * Frees a number of pages to the system
1348  *
1349  * Arguments:
1350  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1351  *      size  The size of the memory being freed
1352  *      flags The original p->us_flags field
1353  *
1354  * Returns:
1355  *      Nothing
1356  */
1357 static void
1358 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1359 {
1360
1361         if ((flags & UMA_SLAB_KERNEL) == 0)
1362                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1363
1364         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1365 }
1366
1367 /*
1368  * Frees pcpu zone allocations
1369  *
1370  * Arguments:
1371  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1372  *      size  The size of the memory being freed
1373  *      flags The original p->us_flags field
1374  *
1375  * Returns:
1376  *      Nothing
1377  */
1378 static void
1379 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1380 {
1381         vm_offset_t sva, curva;
1382         vm_paddr_t paddr;
1383         vm_page_t m;
1384
1385         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1386         sva = (vm_offset_t)mem;
1387         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1388                 paddr = pmap_kextract(curva);
1389                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1390                 vm_page_unwire(m, PQ_NONE);
1391                 vm_page_free(m);
1392         }
1393         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1394         kva_free(sva, size);
1395 }
1396
1397
1398 /*
1399  * Zero fill initializer
1400  *
1401  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1402  */
1403 static int
1404 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1405 {
1406         bzero(mem, size);
1407         return (0);
1408 }
1409
1410 /*
1411  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1412  *
1413  * Arguments
1414  *      keg  The zone we should initialize
1415  *
1416  * Returns
1417  *      Nothing
1418  */
1419 static void
1420 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1421 {
1422         u_int rsize;
1423         u_int memused;
1424         u_int wastedspace;
1425         u_int shsize;
1426         u_int slabsize;
1427
1428         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1429                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1430
1431                 slabsize = UMA_PCPU_ALLOC_SIZE;
1432                 keg->uk_ppera = ncpus;
1433         } else {
1434                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1435                 keg->uk_ppera = 1;
1436         }
1437
1438         /*
1439          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1440          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1441          * allocation bits for we round it up.
1442          */
1443         rsize = keg->uk_size;
1444         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1445                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1446         if (rsize & keg->uk_align)
1447                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1448         keg->uk_rsize = rsize;
1449
1450         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1451             keg->uk_rsize < UMA_PCPU_ALLOC_SIZE,
1452             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1453
1454         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1455                 shsize = 0;
1456         else
1457                 shsize = SIZEOF_UMA_SLAB;
1458
1459         if (rsize <= slabsize - shsize)
1460                 keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1461         else {
1462                 /* Handle special case when we have 1 item per slab, so
1463                  * alignment requirement can be relaxed. */
1464                 KASSERT(keg->uk_size <= slabsize - shsize,
1465                     ("%s: size %u greater than slab", __func__, keg->uk_size));
1466                 keg->uk_ipers = 1;
1467         }
1468         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1469             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1470
1471         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1472         wastedspace = slabsize - memused;
1473
1474         /*
1475          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1476          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1477          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1478          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1479          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1480          */
1481         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1482             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1483                 return;
1484
1485         /*
1486          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1487          * this if it permits more items per-slab.
1488          *
1489          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1490          * Historically this was not done because the VM could not
1491          * efficiently handle contiguous allocations.
1492          */
1493         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1494             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1495                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1496                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1497                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1498                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1499                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1500                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1501                     "calculated ipers = %d, "
1502                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1503                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1504                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1505                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1506         }
1507
1508         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1509             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1510                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1511 }
1512
1513 /*
1514  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1515  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1516  * more complicated.
1517  *
1518  * Arguments
1519  *      keg  The keg we should initialize
1520  *
1521  * Returns
1522  *      Nothing
1523  */
1524 static void
1525 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1526 {
1527
1528         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1529         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1530             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1531
1532         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1533         keg->uk_ipers = 1;
1534         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1535
1536         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1537         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0 &&
1538             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < SIZEOF_UMA_SLAB) {
1539                 /*
1540                  * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1541                  * we need an extra page per allocation to contain the
1542                  * slab header.
1543                  */
1544                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1545                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1546                 else
1547                         keg->uk_ppera++;
1548         }
1549
1550         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1551             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1552                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1553 }
1554
1555 static void
1556 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1557 {
1558         int alignsize;
1559         int trailer;
1560         int pages;
1561         int rsize;
1562
1563         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1564             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1565
1566         alignsize = keg->uk_align + 1;
1567         rsize = keg->uk_size;
1568         /*
1569          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1570          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1571          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1572          * would fall on the same boundary every time.
1573          */
1574         if (rsize & keg->uk_align)
1575                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1576         if ((rsize & alignsize) == 0)
1577                 rsize += alignsize;
1578         trailer = rsize - keg->uk_size;
1579         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1580         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1581         keg->uk_rsize = rsize;
1582         keg->uk_ppera = pages;
1583         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1584         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1585         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1586             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1587             keg->uk_ipers));
1588 }
1589
1590 /*
1591  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1592  * the keg onto the global keg list.
1593  *
1594  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1595  *      udata  Actually uma_kctor_args
1596  */
1597 static int
1598 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1599 {
1600         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1601         uma_keg_t keg = mem;
1602         uma_zone_t zone;
1603
1604         bzero(keg, size);
1605         keg->uk_size = arg->size;
1606         keg->uk_init = arg->uminit;
1607         keg->uk_fini = arg->fini;
1608         keg->uk_align = arg->align;
1609         keg->uk_free = 0;
1610         keg->uk_reserve = 0;
1611         keg->uk_pages = 0;
1612         keg->uk_flags = arg->flags;
1613         keg->uk_slabzone = NULL;
1614
1615         /*
1616          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
1617          * UMA_ZONE_NUMA set will use first-touch instead, in which case the
1618          * iterator is never run.
1619          */
1620         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
1621         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
1622
1623         /*
1624          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1625          */
1626         zone = arg->zone;
1627         keg->uk_name = zone->uz_name;
1628
1629         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1630                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1631
1632         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1633                 keg->uk_init = zero_init;
1634
1635         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1636                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1637
1638         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1639 #ifdef SMP
1640                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1641 #else
1642                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1643 #endif
1644
1645         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1646                 keg_cachespread_init(keg);
1647         } else {
1648                 if (keg->uk_size > UMA_SLAB_SPACE)
1649                         keg_large_init(keg);
1650                 else
1651                         keg_small_init(keg);
1652         }
1653
1654         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1655                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1656
1657         /*
1658          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1659          * startup cache until the vm is ready.
1660          */
1661         if (booted < BOOT_PAGEALLOC)
1662                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1663 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1664         else if (keg->uk_ppera == 1)
1665                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1666 #endif
1667         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1668                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
1669         else
1670                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1671 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1672         if (keg->uk_ppera == 1)
1673                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1674         else
1675 #endif
1676         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
1677                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
1678         else
1679                 keg->uk_freef = page_free;
1680
1681         /*
1682          * Initialize keg's lock
1683          */
1684         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1685
1686         /*
1687          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1688          * figure out where in each page it goes.  See SIZEOF_UMA_SLAB
1689          * macro definition.
1690          */
1691         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1692                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - SIZEOF_UMA_SLAB;
1693                 /*
1694                  * The only way the following is possible is if with our
1695                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1696                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1697                  * mathematically possible for all cases, so we make
1698                  * sure here anyway.
1699                  */
1700                 KASSERT(keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab) <=
1701                     PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
1702                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
1703                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
1704         }
1705
1706         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1707                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1708
1709         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1710             keg, zone->uz_name, zone,
1711             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1712             keg->uk_free);
1713
1714         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1715
1716         rw_wlock(&uma_rwlock);
1717         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1718         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1719         return (0);
1720 }
1721
1722 static void
1723 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone)
1724 {
1725
1726         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1727         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1728         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1733  *
1734  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1735  *      udata  Actually uma_zctor_args
1736  */
1737 static int
1738 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1739 {
1740         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1741         uma_zone_t zone = mem;
1742         uma_zone_t z;
1743         uma_keg_t keg;
1744
1745         bzero(zone, size);
1746         zone->uz_name = arg->name;
1747         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1748         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1749         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1750         zone->uz_init = NULL;
1751         zone->uz_fini = NULL;
1752         zone->uz_sleeps = 0;
1753         zone->uz_count = 0;
1754         zone->uz_count_min = 0;
1755         zone->uz_count_max = BUCKET_MAX;
1756         zone->uz_flags = 0;
1757         zone->uz_warning = NULL;
1758         /* The domain structures follow the cpu structures. */
1759         zone->uz_domain = (struct uma_zone_domain *)&zone->uz_cpu[mp_ncpus];
1760         zone->uz_bkt_max = ULONG_MAX;
1761         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1762
1763         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1764                 zone_alloc_counters(zone);
1765         else {
1766                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
1767                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
1768                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
1769         }
1770
1771         /*
1772          * This is a pure cache zone, no kegs.
1773          */
1774         if (arg->import) {
1775                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1776                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1777                 zone->uz_flags = arg->flags;
1778                 zone->uz_size = arg->size;
1779                 zone->uz_import = arg->import;
1780                 zone->uz_release = arg->release;
1781                 zone->uz_arg = arg->arg;
1782                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1783                 ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1784                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1785                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1786                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1787                 goto out;
1788         }
1789
1790         /*
1791          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1792          */
1793         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1794         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1795         zone->uz_arg = zone;
1796         keg = arg->keg;
1797
1798         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1799                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1800                 zone->uz_init = arg->uminit;
1801                 zone->uz_fini = arg->fini;
1802                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1803                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1804                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1805                 ZONE_LOCK(zone);
1806                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1807                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1808                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1809                                 break;
1810                         }
1811                 }
1812                 ZONE_UNLOCK(zone);
1813                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1814         } else if (keg == NULL) {
1815                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1816                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1817                         return (ENOMEM);
1818         } else {
1819                 struct uma_kctor_args karg;
1820                 int error;
1821
1822                 /* We should only be here from uma_startup() */
1823                 karg.size = arg->size;
1824                 karg.uminit = arg->uminit;
1825                 karg.fini = arg->fini;
1826                 karg.align = arg->align;
1827                 karg.flags = arg->flags;
1828                 karg.zone = zone;
1829                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1830                     flags);
1831                 if (error)
1832                         return (error);
1833         }
1834
1835         zone->uz_keg = keg;
1836         zone->uz_size = keg->uk_size;
1837         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1838             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1839
1840         /*
1841          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1842          * caches.  If we're internal, bail out here.
1843          */
1844         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1845                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1846                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1847                 return (0);
1848         }
1849
1850 out:
1851         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
1852             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
1853             ("Invalid zone flag combination"));
1854         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
1855                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1856         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
1857                 zone->uz_count = 0;
1858         else
1859                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1860         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1861
1862         return (0);
1863 }
1864
1865 /*
1866  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1867  * table and removes the keg from the global list.
1868  *
1869  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1870  *      udata  unused
1871  */
1872 static void
1873 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1874 {
1875         uma_keg_t keg;
1876
1877         keg = (uma_keg_t)arg;
1878         KEG_LOCK(keg);
1879         if (keg->uk_free != 0) {
1880                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1881                     " Lost %d pages of memory.\n",
1882                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1883                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1884         }
1885         KEG_UNLOCK(keg);
1886
1887         hash_free(&keg->uk_hash);
1888
1889         KEG_LOCK_FINI(keg);
1890 }
1891
1892 /*
1893  * Zone header dtor.
1894  *
1895  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1896  *      udata  unused
1897  */
1898 static void
1899 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1900 {
1901         uma_zone_t zone;
1902         uma_keg_t keg;
1903
1904         zone = (uma_zone_t)arg;
1905
1906         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1907                 cache_drain(zone);
1908
1909         rw_wlock(&uma_rwlock);
1910         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1911         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1912         /*
1913          * XXX there are some races here where
1914          * the zone can be drained but zone lock
1915          * released and then refilled before we
1916          * remove it... we dont care for now
1917          */
1918         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1919         /*
1920          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1921          */
1922         if ((keg = zone->uz_keg) != NULL &&
1923             (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1924                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1925                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1926                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1927                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1928         }
1929         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
1930         counter_u64_free(zone->uz_frees);
1931         counter_u64_free(zone->uz_fails);
1932         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
1933                 ZONE_LOCK_FINI(zone);
1934 }
1935
1936 /*
1937  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1938  *
1939  * Arguments:
1940  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1941  *              as an argument.
1942  *
1943  * Returns:
1944  *      Nothing
1945  */
1946 static void
1947 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1948 {
1949         uma_keg_t keg;
1950         uma_zone_t zone;
1951
1952         /*
1953          * Before BOOT_RUNNING we are guaranteed to be single
1954          * threaded, so locking isn't needed. Startup functions
1955          * are allowed to use M_WAITOK.
1956          */
1957         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1958                 rw_rlock(&uma_rwlock);
1959         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1960                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1961                         zfunc(zone);
1962         }
1963         if (__predict_true(booted == BOOT_RUNNING))
1964                 rw_runlock(&uma_rwlock);
1965 }
1966
1967 /*
1968  * Count how many pages do we need to bootstrap.  VM supplies
1969  * its need in early zones in the argument, we add up our zones,
1970  * which consist of: UMA Slabs, UMA Hash and 9 Bucket zones. The
1971  * zone of zones and zone of kegs are accounted separately.
1972  */
1973 #define UMA_BOOT_ZONES  11
1974 /* Zone of zones and zone of kegs have arbitrary alignment. */
1975 #define UMA_BOOT_ALIGN  32
1976 static int zsize, ksize;
1977 int
1978 uma_startup_count(int vm_zones)
1979 {
1980         int zones, pages;
1981
1982         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
1983             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
1984         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
1985             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
1986             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
1987
1988         /*
1989          * Memory for the zone of kegs and its keg,
1990          * and for zone of zones.
1991          */
1992         pages = howmany(roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE) * 2 +
1993             roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE), PAGE_SIZE);
1994
1995 #ifdef  UMA_MD_SMALL_ALLOC
1996         zones = UMA_BOOT_ZONES;
1997 #else
1998         zones = UMA_BOOT_ZONES + vm_zones;
1999         vm_zones = 0;
2000 #endif
2001
2002         /* Memory for the rest of startup zones, UMA and VM, ... */
2003         if (zsize > UMA_SLAB_SPACE) {
2004                 /* See keg_large_init(). */
2005                 u_int ppera;
2006
2007                 ppera = howmany(roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN), PAGE_SIZE);
2008                 if (PAGE_SIZE * ppera - roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) <
2009                     SIZEOF_UMA_SLAB)
2010                         ppera++;
2011                 pages += (zones + vm_zones) * ppera;
2012         } else if (roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN) > UMA_SLAB_SPACE)
2013                 /* See keg_small_init() special case for uk_ppera = 1. */
2014                 pages += zones;
2015         else
2016                 pages += howmany(zones,
2017                     UMA_SLAB_SPACE / roundup2(zsize, UMA_BOOT_ALIGN));
2018
2019         /* ... and their kegs. Note that zone of zones allocates a keg! */
2020         pages += howmany(zones + 1,
2021             UMA_SLAB_SPACE / roundup2(ksize, UMA_BOOT_ALIGN));
2022
2023         /*
2024          * Most of startup zones are not going to be offpages, that's
2025          * why we use UMA_SLAB_SPACE instead of UMA_SLAB_SIZE in all
2026          * calculations.  Some large bucket zones will be offpage, and
2027          * thus will allocate hashes.  We take conservative approach
2028          * and assume that all zones may allocate hash.  This may give
2029          * us some positive inaccuracy, usually an extra single page.
2030          */
2031         pages += howmany(zones, UMA_SLAB_SPACE /
2032             (sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT));
2033
2034         return (pages);
2035 }
2036
2037 void
2038 uma_startup(void *mem, int npages)
2039 {
2040         struct uma_zctor_args args;
2041         uma_keg_t masterkeg;
2042         uintptr_t m;
2043
2044 #ifdef DIAGNOSTIC
2045         printf("Entering %s with %d boot pages configured\n", __func__, npages);
2046 #endif
2047
2048         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2049
2050         /* Use bootpages memory for the zone of zones and zone of kegs. */
2051         m = (uintptr_t)mem;
2052         zones = (uma_zone_t)m;
2053         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2054         kegs = (uma_zone_t)m;
2055         m += roundup(zsize, CACHE_LINE_SIZE);
2056         masterkeg = (uma_keg_t)m;
2057         m += roundup(ksize, CACHE_LINE_SIZE);
2058         m = roundup(m, PAGE_SIZE);
2059         npages -= (m - (uintptr_t)mem) / PAGE_SIZE;
2060         mem = (void *)m;
2061
2062         /* "manually" create the initial zone */
2063         memset(&args, 0, sizeof(args));
2064         args.name = "UMA Kegs";
2065         args.size = ksize;
2066         args.ctor = keg_ctor;
2067         args.dtor = keg_dtor;
2068         args.uminit = zero_init;
2069         args.fini = NULL;
2070         args.keg = masterkeg;
2071         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2072         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2073         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2074
2075         bootmem = mem;
2076         boot_pages = npages;
2077
2078         args.name = "UMA Zones";
2079         args.size = zsize;
2080         args.ctor = zone_ctor;
2081         args.dtor = zone_dtor;
2082         args.uminit = zero_init;
2083         args.fini = NULL;
2084         args.keg = NULL;
2085         args.align = UMA_BOOT_ALIGN - 1;
2086         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2087         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2088
2089         /* Now make a zone for slab headers */
2090         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
2091                                 sizeof(struct uma_slab),
2092                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
2093                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2094
2095         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2096             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2097             NULL, NULL, NULL, NULL,
2098             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2099
2100         bucket_init();
2101
2102         booted = BOOT_STRAPPED;
2103 }
2104
2105 void
2106 uma_startup1(void)
2107 {
2108
2109 #ifdef DIAGNOSTIC
2110         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2111 #endif
2112         booted = BOOT_PAGEALLOC;
2113 }
2114
2115 void
2116 uma_startup2(void)
2117 {
2118
2119 #ifdef DIAGNOSTIC
2120         printf("Entering %s with %d boot pages left\n", __func__, boot_pages);
2121 #endif
2122         booted = BOOT_BUCKETS;
2123         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
2124         bucket_enable();
2125 }
2126
2127 /*
2128  * Initialize our callout handle
2129  *
2130  */
2131 static void
2132 uma_startup3(void)
2133 {
2134
2135 #ifdef INVARIANTS
2136         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2137         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2138         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2139 #endif
2140         zone_foreach(zone_alloc_counters);
2141         callout_init(&uma_callout, 1);
2142         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2143         booted = BOOT_RUNNING;
2144 }
2145
2146 static uma_keg_t
2147 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
2148                 int align, uint32_t flags)
2149 {
2150         struct uma_kctor_args args;
2151
2152         args.size = size;
2153         args.uminit = uminit;
2154         args.fini = fini;
2155         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
2156         args.flags = flags;
2157         args.zone = zone;
2158         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2159 }
2160
2161 /* Public functions */
2162 /* See uma.h */
2163 void
2164 uma_set_align(int align)
2165 {
2166
2167         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
2168                 uma_align_cache = align;
2169 }
2170
2171 /* See uma.h */
2172 uma_zone_t
2173 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2174                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
2175
2176 {
2177         struct uma_zctor_args args;
2178         uma_zone_t res;
2179         bool locked;
2180
2181         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
2182             align, name));
2183
2184         /* This stuff is essential for the zone ctor */
2185         memset(&args, 0, sizeof(args));
2186         args.name = name;
2187         args.size = size;
2188         args.ctor = ctor;
2189         args.dtor = dtor;
2190         args.uminit = uminit;
2191         args.fini = fini;
2192 #ifdef  INVARIANTS
2193         /*
2194          * If a zone is being created with an empty constructor and
2195          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
2196          * memory use after free.
2197          */
2198         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
2199             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
2200                 args.ctor = trash_ctor;
2201                 args.dtor = trash_dtor;
2202                 args.uminit = trash_init;
2203                 args.fini = trash_fini;
2204         }
2205 #endif
2206         args.align = align;
2207         args.flags = flags;
2208         args.keg = NULL;
2209
2210         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2211                 locked = false;
2212         } else {
2213                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2214                 locked = true;
2215         }
2216         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2217         if (locked)
2218                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2219         return (res);
2220 }
2221
2222 /* See uma.h */
2223 uma_zone_t
2224 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2225                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
2226 {
2227         struct uma_zctor_args args;
2228         uma_keg_t keg;
2229         uma_zone_t res;
2230         bool locked;
2231
2232         keg = master->uz_keg;
2233         memset(&args, 0, sizeof(args));
2234         args.name = name;
2235         args.size = keg->uk_size;
2236         args.ctor = ctor;
2237         args.dtor = dtor;
2238         args.uminit = zinit;
2239         args.fini = zfini;
2240         args.align = keg->uk_align;
2241         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
2242         args.keg = keg;
2243
2244         if (booted < BOOT_BUCKETS) {
2245                 locked = false;
2246         } else {
2247                 sx_slock(&uma_drain_lock);
2248                 locked = true;
2249         }
2250         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
2251         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
2252         if (locked)
2253                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2254         return (res);
2255 }
2256
2257 /* See uma.h */
2258 uma_zone_t
2259 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
2260                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
2261                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
2262 {
2263         struct uma_zctor_args args;
2264
2265         memset(&args, 0, sizeof(args));
2266         args.name = name;
2267         args.size = size;
2268         args.ctor = ctor;
2269         args.dtor = dtor;
2270         args.uminit = zinit;
2271         args.fini = zfini;
2272         args.import = zimport;
2273         args.release = zrelease;
2274         args.arg = arg;
2275         args.align = 0;
2276         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
2277
2278         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
2279 }
2280
2281 /* See uma.h */
2282 void
2283 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2284 {
2285
2286         sx_slock(&uma_drain_lock);
2287         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2288         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2289 }
2290
2291 void
2292 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2293 {
2294         void *item;
2295
2296         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2297         uma_zfree(zone, item);
2298 }
2299
2300 void *
2301 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2302 {
2303         void *item;
2304 #ifdef SMP
2305         int i;
2306
2307         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2308 #endif
2309         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
2310         if (item != NULL && (flags & M_ZERO)) {
2311 #ifdef SMP
2312                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
2313                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
2314 #else
2315                 bzero(item, zone->uz_size);
2316 #endif
2317         }
2318         return (item);
2319 }
2320
2321 /*
2322  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
2323  */
2324 void
2325 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2326 {
2327
2328 #ifdef SMP
2329         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
2330 #endif
2331         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
2332 }
2333
2334 /* See uma.h */
2335 void *
2336 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2337 {
2338         uma_zone_domain_t zdom;
2339         uma_bucket_t bucket;
2340         uma_cache_t cache;
2341         void *item;
2342         int cpu, domain, lockfail, maxbucket;
2343 #ifdef INVARIANTS
2344         bool skipdbg;
2345 #endif
2346
2347         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2348         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2349
2350         /* This is the fast path allocation */
2351         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2352             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2353
2354         if (flags & M_WAITOK) {
2355                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2356                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2357         }
2358         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0, ("uma_zalloc_arg: called with M_EXEC"));
2359         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2360             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2361         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2362                 KASSERT((flags & M_ZERO) == 0, ("allocating from a pcpu zone "
2363                     "with M_ZERO passed"));
2364
2365 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2366         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2367                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2368                 if (item != NULL) {
2369                         if (zone->uz_init != NULL &&
2370                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2371                                 return (NULL);
2372                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2373                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2374                             flags) != 0) {
2375                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2376                                 return (NULL);
2377                         }
2378                         return (item);
2379                 }
2380                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2381         }
2382 #endif
2383         /*
2384          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2385          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2386          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2387          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2388          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2389          * preemption and migration.  We release the critical section in
2390          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2391          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2392          * must detect and handle migration if it has occurred.
2393          */
2394 zalloc_restart:
2395         critical_enter();
2396         cpu = curcpu;
2397         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2398
2399 zalloc_start:
2400         bucket = cache->uc_allocbucket;
2401         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2402                 bucket->ub_cnt--;
2403                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2404 #ifdef INVARIANTS
2405                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2406 #endif
2407                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2408                 cache->uc_allocs++;
2409                 critical_exit();
2410 #ifdef INVARIANTS
2411                 skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2412 #endif
2413                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2414 #ifdef INVARIANTS
2415                     (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2416                     zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2417 #endif
2418                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2419                         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2420                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2421                         return (NULL);
2422                 }
2423 #ifdef INVARIANTS
2424                 if (!skipdbg)
2425                         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2426 #endif
2427                 if (flags & M_ZERO)
2428                         uma_zero_item(item, zone);
2429                 return (item);
2430         }
2431
2432         /*
2433          * We have run out of items in our alloc bucket.
2434          * See if we can switch with our free bucket.
2435          */
2436         bucket = cache->uc_freebucket;
2437         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2438                 CTR2(KTR_UMA,
2439                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2440                     zone->uz_name, zone);
2441                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2442                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2443                 goto zalloc_start;
2444         }
2445
2446         /*
2447          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2448          */
2449         bucket = cache->uc_allocbucket;
2450         cache->uc_allocbucket = NULL;
2451         critical_exit();
2452         if (bucket != NULL)
2453                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2454
2455         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) {
2456                 domain = PCPU_GET(domain);
2457                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2458                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2459         } else
2460                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
2461
2462         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2463         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable) {
2464                 ZONE_LOCK(zone);
2465                 goto zalloc_item;
2466         }
2467
2468         /*
2469          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2470          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2471          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2472          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2473          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2474          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2475          * the critical section.
2476          */
2477         lockfail = 0;
2478         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2479                 /* Record contention to size the buckets. */
2480                 ZONE_LOCK(zone);
2481                 lockfail = 1;
2482         }
2483         critical_enter();
2484         cpu = curcpu;
2485         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2486
2487         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2488         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2489                 ZONE_UNLOCK(zone);
2490                 goto zalloc_start;
2491         }
2492
2493         /*
2494          * Check the zone's cache of buckets.
2495          */
2496         if (domain == UMA_ANYDOMAIN)
2497                 zdom = &zone->uz_domain[0];
2498         else
2499                 zdom = &zone->uz_domain[domain];
2500         if ((bucket = zone_try_fetch_bucket(zone, zdom, true)) != NULL) {
2501                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2502                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2503                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2504                 ZONE_UNLOCK(zone);
2505                 goto zalloc_start;
2506         }
2507         /* We are no longer associated with this CPU. */
2508         critical_exit();
2509
2510         /*
2511          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2512          * handle the working set.
2513          */
2514         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
2515                 zone->uz_count++;
2516
2517         if (zone->uz_max_items > 0) {
2518                 if (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2519                         goto zalloc_item;
2520                 maxbucket = MIN(zone->uz_count,
2521                     zone->uz_max_items - zone->uz_items);
2522                 zone->uz_items += maxbucket;
2523         } else
2524                 maxbucket = zone->uz_count;
2525         ZONE_UNLOCK(zone);
2526
2527         /*
2528          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2529          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2530          * will use the just filled bucket.
2531          */
2532         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags, maxbucket);
2533         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2534             zone->uz_name, zone, bucket);
2535         ZONE_LOCK(zone);
2536         if (bucket != NULL) {
2537                 if (zone->uz_max_items > 0 && bucket->ub_cnt < maxbucket) {
2538                         MPASS(zone->uz_items >= maxbucket - bucket->ub_cnt);
2539                         zone->uz_items -= maxbucket - bucket->ub_cnt;
2540                         if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2541                             zone->uz_items < zone->uz_max_items)
2542                                 wakeup_one(zone);
2543                 }
2544                 critical_enter();
2545                 cpu = curcpu;
2546                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2547
2548                 /*
2549                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2550                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2551                  * the memory directly.
2552                  */
2553                 if (cache->uc_allocbucket == NULL &&
2554                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
2555                     domain == PCPU_GET(domain))) {
2556                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2557                         zdom->uzd_imax += bucket->ub_cnt;
2558                 } else if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
2559                         critical_exit();
2560                         ZONE_UNLOCK(zone);
2561                         bucket_drain(zone, bucket);
2562                         bucket_free(zone, bucket, udata);
2563                         goto zalloc_restart;
2564                 } else
2565                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, false);
2566                 ZONE_UNLOCK(zone);
2567                 goto zalloc_start;
2568         } else if (zone->uz_max_items > 0) {
2569                 zone->uz_items -= maxbucket;
2570                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2571                     zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2572                         wakeup_one(zone);
2573         }
2574
2575         /*
2576          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2577          */
2578 zalloc_item:
2579         item = zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags);
2580
2581         return (item);
2582 }
2583
2584 void *
2585 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2586 {
2587
2588         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2589         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
2590
2591         /* This is the fast path allocation */
2592         CTR5(KTR_UMA,
2593             "uma_zalloc_domain thread %x zone %s(%p) domain %d flags %d",
2594             curthread, zone->uz_name, zone, domain, flags);
2595
2596         if (flags & M_WAITOK) {
2597                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2598                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2599         }
2600         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2601             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
2602
2603         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
2604 }
2605
2606 /*
2607  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
2608  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
2609  *
2610  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
2611  * only 'domain'.
2612  */
2613 static uma_slab_t
2614 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
2615 {
2616         uma_domain_t dom;
2617         uma_slab_t slab;
2618         int start;
2619
2620         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
2621             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
2622         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2623
2624         slab = NULL;
2625         start = domain;
2626         do {
2627                 dom = &keg->uk_domain[domain];
2628                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_part_slab))
2629                         return (LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab));
2630                 if (!LIST_EMPTY(&dom->ud_free_slab)) {
2631                         slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
2632                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
2633                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2634                         return (slab);
2635                 }
2636                 if (rr)
2637                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
2638         } while (domain != start);
2639
2640         return (NULL);
2641 }
2642
2643 static uma_slab_t
2644 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
2645 {
2646         uint32_t reserve;
2647
2648         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2649
2650         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
2651         if (keg->uk_free <= reserve)
2652                 return (NULL);
2653         return (keg_first_slab(keg, domain, rr));
2654 }
2655
2656 static uma_slab_t
2657 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
2658 {
2659         struct vm_domainset_iter di;
2660         uma_domain_t dom;
2661         uma_slab_t slab;
2662         int aflags, domain;
2663         bool rr;
2664
2665 restart:
2666         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2667
2668         /*
2669          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
2670          * domain (as happens with first-touch zones).
2671          *
2672          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
2673          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
2674          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
2675          */
2676         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
2677         if (rr) {
2678                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2679                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
2680                     &aflags);
2681         } else {
2682                 aflags = flags;
2683                 domain = rdomain;
2684         }
2685
2686         for (;;) {
2687                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
2688                 if (slab != NULL) {
2689                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2690                         return (slab);
2691                 }
2692
2693                 /*
2694                  * M_NOVM means don't ask at all!
2695                  */
2696                 if (flags & M_NOVM)
2697                         break;
2698
2699                 KASSERT(zone->uz_max_items == 0 ||
2700                     zone->uz_items <= zone->uz_max_items,
2701                     ("%s: zone %p overflow", __func__, zone));
2702
2703                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
2704                 /*
2705                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2706                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2707                  * at least one item.
2708                  */
2709                 if (slab) {
2710                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2711                         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2712                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
2713                         return (slab);
2714                 }
2715                 KEG_LOCK(keg);
2716                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
2717                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
2718                                 KEG_UNLOCK(keg);
2719                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
2720                                 KEG_LOCK(keg);
2721                                 goto restart;
2722                         }
2723                         break;
2724                 }
2725         }
2726
2727         /*
2728          * We might not have been able to get a slab but another cpu
2729          * could have while we were unlocked.  Check again before we
2730          * fail.
2731          */
2732         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL) {
2733                 MPASS(slab->us_keg == keg);
2734                 return (slab);
2735         }
2736         return (NULL);
2737 }
2738
2739 static uma_slab_t
2740 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int domain, int flags)
2741 {
2742         uma_slab_t slab;
2743
2744         if (keg == NULL) {
2745                 keg = zone->uz_keg;
2746                 KEG_LOCK(keg);
2747         }
2748
2749         for (;;) {
2750                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags);
2751                 if (slab)
2752                         return (slab);
2753                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2754                         break;
2755         }
2756         KEG_UNLOCK(keg);
2757         return (NULL);
2758 }
2759
2760 static void *
2761 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2762 {
2763         uma_domain_t dom;
2764         void *item;
2765         uint8_t freei;
2766
2767         MPASS(keg == slab->us_keg);
2768         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
2769
2770         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2771         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2772         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2773         slab->us_freecount--;
2774         keg->uk_free--;
2775
2776         /* Move this slab to the full list */
2777         if (slab->us_freecount == 0) {
2778                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2779                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
2780                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
2781         }
2782
2783         return (item);
2784 }
2785
2786 static int
2787 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int domain, int flags)
2788 {
2789         uma_slab_t slab;
2790         uma_keg_t keg;
2791 #ifdef NUMA
2792         int stripe;
2793 #endif
2794         int i;
2795
2796         slab = NULL;
2797         keg = NULL;
2798         /* Try to keep the buckets totally full */
2799         for (i = 0; i < max; ) {
2800                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, domain, flags)) == NULL)
2801                         break;
2802                 keg = slab->us_keg;
2803 #ifdef NUMA
2804                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
2805 #endif
2806                 while (slab->us_freecount && i < max) {
2807                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2808                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2809                                 break;
2810 #ifdef NUMA
2811                         /*
2812                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
2813                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
2814                          * instead pick a new domain for each bucket rather
2815                          * than stripe within each bucket.  The current option
2816                          * produces more fragmentation and requires more cpu
2817                          * time but yields better distribution.
2818                          */
2819                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 &&
2820                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
2821                                 break;
2822 #endif
2823                 }
2824                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
2825                 flags &= ~M_WAITOK;
2826                 flags |= M_NOWAIT;
2827         }
2828         if (slab != NULL)
2829                 KEG_UNLOCK(keg);
2830
2831         return i;
2832 }
2833
2834 static uma_bucket_t
2835 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags, int max)
2836 {
2837         uma_bucket_t bucket;
2838
2839         CTR1(KTR_UMA, "zone_alloc:_bucket domain %d)", domain);
2840
2841         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2842         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2843         if (bucket == NULL)
2844                 return (NULL);
2845
2846         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2847             MIN(max, bucket->ub_entries), domain, flags);
2848
2849         /*
2850          * Initialize the memory if necessary.
2851          */
2852         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2853                 int i;
2854
2855                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2856                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2857                             flags) != 0)
2858                                 break;
2859                 /*
2860                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2861                  * rest back onto the freelist.
2862                  */
2863                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2864                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2865                             bucket->ub_cnt - i);
2866 #ifdef INVARIANTS
2867                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2868                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2869 #endif
2870                         bucket->ub_cnt = i;
2871                 }
2872         }
2873
2874         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2875                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2876                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2877                 return (NULL);
2878         }
2879
2880         return (bucket);
2881 }
2882
2883 /*
2884  * Allocates a single item from a zone.
2885  *
2886  * Arguments
2887  *      zone   The zone to alloc for.
2888  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2889  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
2890  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2891  *
2892  * Returns
2893  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2894  *      An item if successful
2895  */
2896
2897 static void *
2898 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2899 {
2900
2901         ZONE_LOCK(zone);
2902         return (zone_alloc_item_locked(zone, udata, domain, flags));
2903 }
2904
2905 /*
2906  * Returns with zone unlocked.
2907  */
2908 static void *
2909 zone_alloc_item_locked(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
2910 {
2911         void *item;
2912 #ifdef INVARIANTS
2913         bool skipdbg;
2914 #endif
2915
2916         ZONE_LOCK_ASSERT(zone);
2917
2918         if (zone->uz_max_items > 0) {
2919                 if (zone->uz_items >= zone->uz_max_items) {
2920                         zone_log_warning(zone);
2921                         zone_maxaction(zone);
2922                         if (flags & M_NOWAIT) {
2923                                 ZONE_UNLOCK(zone);
2924                                 return (NULL);
2925                         }
2926                         zone->uz_sleeps++;
2927                         zone->uz_sleepers++;
2928                         while (zone->uz_items >= zone->uz_max_items)
2929                                 mtx_sleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2930                                     "zonelimit", 0);
2931                         zone->uz_sleepers--;
2932                         if (zone->uz_sleepers > 0 &&
2933                             zone->uz_items + 1 < zone->uz_max_items)
2934                                 wakeup_one(zone);
2935                 }
2936                 zone->uz_items++;
2937         }
2938         ZONE_UNLOCK(zone);
2939
2940         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
2941                 /* avoid allocs targeting empty domains */
2942                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
2943                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
2944         }
2945         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
2946                 goto fail;
2947
2948 #ifdef INVARIANTS
2949         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
2950 #endif
2951         /*
2952          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2953          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2954          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2955          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2956          */
2957         if (zone->uz_init != NULL) {
2958                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2959                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
2960                         goto fail;
2961                 }
2962         }
2963         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2964 #ifdef INVARIANTS
2965             (!skipdbg || zone->uz_ctor != trash_ctor ||
2966             zone->uz_dtor != trash_dtor) &&
2967 #endif
2968             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2969                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
2970                 goto fail;
2971         }
2972 #ifdef INVARIANTS
2973         if (!skipdbg)
2974                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2975 #endif
2976         if (flags & M_ZERO)
2977                 uma_zero_item(item, zone);
2978
2979         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
2980         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
2981             zone->uz_name, zone);
2982
2983         return (item);
2984
2985 fail:
2986         if (zone->uz_max_items > 0) {
2987                 ZONE_LOCK(zone);
2988                 zone->uz_items--;
2989                 ZONE_UNLOCK(zone);
2990         }
2991         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
2992         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
2993             zone->uz_name, zone);
2994         return (NULL);
2995 }
2996
2997 /* See uma.h */
2998 void
2999 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3000 {
3001         uma_cache_t cache;
3002         uma_bucket_t bucket;
3003         uma_zone_domain_t zdom;
3004         int cpu, domain;
3005         bool lockfail;
3006 #ifdef INVARIANTS
3007         bool skipdbg;
3008 #endif
3009
3010         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3011         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3012
3013         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
3014             zone->uz_name);
3015
3016         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3017             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
3018
3019         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3020         if (item == NULL)
3021                 return;
3022 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3023         if (is_memguard_addr(item)) {
3024                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3025                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3026                 if (zone->uz_fini != NULL)
3027                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3028                 memguard_free(item);
3029                 return;
3030         }
3031 #endif
3032 #ifdef INVARIANTS
3033         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3034         if (skipdbg == false) {
3035                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3036                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3037                 else
3038                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3039         }
3040         if (zone->uz_dtor != NULL && (!skipdbg ||
3041             zone->uz_dtor != trash_dtor || zone->uz_ctor != trash_ctor))
3042 #else
3043         if (zone->uz_dtor != NULL)
3044 #endif
3045                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3046
3047         /*
3048          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
3049          * a little longer for the limits to be reset.
3050          */
3051         if (zone->uz_sleepers > 0)
3052                 goto zfree_item;
3053
3054         /*
3055          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
3056          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3057          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3058          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3059          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3060          * preemption and migration.  We release the critical section in
3061          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
3062          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
3063          * detect and handle migration if it has occurred.
3064          */
3065 zfree_restart:
3066         critical_enter();
3067         cpu = curcpu;
3068         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3069
3070 zfree_start:
3071         /*
3072          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
3073          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
3074          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
3075          */
3076         bucket = cache->uc_allocbucket;
3077         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
3078                 bucket = cache->uc_freebucket;
3079         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3080                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
3081                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
3082                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
3083                 bucket->ub_cnt++;
3084                 cache->uc_frees++;
3085                 critical_exit();
3086                 return;
3087         }
3088
3089         /*
3090          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
3091          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
3092          * section.  Since the critical section is released, we may be
3093          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3094          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3095          * the critical section.
3096          */
3097         critical_exit();
3098         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
3099                 goto zfree_item;
3100
3101         lockfail = false;
3102         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
3103                 /* Record contention to size the buckets. */
3104                 ZONE_LOCK(zone);
3105                 lockfail = true;
3106         }
3107         critical_enter();
3108         cpu = curcpu;
3109         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3110
3111         bucket = cache->uc_freebucket;
3112         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
3113                 ZONE_UNLOCK(zone);
3114                 goto zfree_start;
3115         }
3116         cache->uc_freebucket = NULL;
3117         /* We are no longer associated with this CPU. */
3118         critical_exit();
3119
3120         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) != 0) {
3121                 domain = PCPU_GET(domain);
3122                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3123                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3124         } else
3125                 domain = 0;
3126         zdom = &zone->uz_domain[0];
3127
3128         /* Can we throw this on the zone full list? */
3129         if (bucket != NULL) {
3130                 CTR3(KTR_UMA,
3131                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
3132                     zone->uz_name, zone, bucket);
3133                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
3134                 KASSERT(bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
3135                     ("uma_zfree: Attempting to insert not full bucket onto the full list.\n"));
3136                 if (zone->uz_bkt_count >= zone->uz_bkt_max) {
3137                         ZONE_UNLOCK(zone);
3138                         bucket_drain(zone, bucket);
3139                         bucket_free(zone, bucket, udata);
3140                         goto zfree_restart;
3141                 } else
3142                         zone_put_bucket(zone, zdom, bucket, true);
3143         }
3144
3145         /*
3146          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
3147          * handle the working set.
3148          */
3149         if (lockfail && zone->uz_count < zone->uz_count_max)
3150                 zone->uz_count++;
3151         ZONE_UNLOCK(zone);
3152
3153         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
3154         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
3155             zone->uz_name, zone, bucket);
3156         if (bucket) {
3157                 critical_enter();
3158                 cpu = curcpu;
3159                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
3160                 if (cache->uc_freebucket == NULL &&
3161                     ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_NUMA) == 0 ||
3162                     domain == PCPU_GET(domain))) {
3163                         cache->uc_freebucket = bucket;
3164                         goto zfree_start;
3165                 }
3166                 /*
3167                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
3168                  * critical section to free the bucket.
3169                  */
3170                 critical_exit();
3171                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3172                 goto zfree_restart;
3173         }
3174
3175         /*
3176          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
3177          */
3178 zfree_item:
3179         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
3180 }
3181
3182 void
3183 uma_zfree_domain(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3184 {
3185
3186         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3187         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3188
3189         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_domain thread %x zone %s", curthread,
3190             zone->uz_name);
3191
3192         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3193             ("uma_zfree_domain: called with spinlock or critical section held"));
3194
3195         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
3196         if (item == NULL)
3197                 return;
3198         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_NONE);
3199 }
3200
3201 static void
3202 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3203 {
3204         uma_keg_t keg;
3205         uma_domain_t dom;
3206         uint8_t freei;
3207
3208         keg = zone->uz_keg;
3209         MPASS(zone->uz_lockptr == &keg->uk_lock);
3210         KEG_LOCK_ASSERT(keg);
3211         MPASS(keg == slab->us_keg);
3212
3213         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3214
3215         /* Do we need to remove from any lists? */
3216         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
3217                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3218                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
3219         } else if (slab->us_freecount == 0) {
3220                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3221                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3222         }
3223
3224         /* Slab management. */
3225         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3226         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
3227         slab->us_freecount++;
3228
3229         /* Keg statistics. */
3230         keg->uk_free++;
3231 }
3232
3233 static void
3234 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
3235 {
3236         void *item;
3237         uma_slab_t slab;
3238         uma_keg_t keg;
3239         uint8_t *mem;
3240         int i;
3241
3242         keg = zone->uz_keg;
3243         KEG_LOCK(keg);
3244         for (i = 0; i < cnt; i++) {
3245                 item = bucket[i];
3246                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
3247                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3248                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
3249                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3250                         } else {
3251                                 mem += keg->uk_pgoff;
3252                                 slab = (uma_slab_t)mem;
3253                         }
3254                 } else {
3255                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
3256                         MPASS(slab->us_keg == keg);
3257                 }
3258                 slab_free_item(zone, slab, item);
3259         }
3260         KEG_UNLOCK(keg);
3261 }
3262
3263 /*
3264  * Frees a single item to any zone.
3265  *
3266  * Arguments:
3267  *      zone   The zone to free to
3268  *      item   The item we're freeing
3269  *      udata  User supplied data for the dtor
3270  *      skip   Skip dtors and finis
3271  */
3272 static void
3273 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
3274 {
3275 #ifdef INVARIANTS
3276         bool skipdbg;
3277
3278         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3279         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3280                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
3281                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3282                 else
3283                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3284         }
3285
3286         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL &&
3287             (!skipdbg || zone->uz_dtor != trash_dtor ||
3288             zone->uz_ctor != trash_ctor))
3289 #else
3290         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor != NULL)
3291 #endif
3292                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3293
3294         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
3295                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3296
3297         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
3298
3299         if (skip & SKIP_CNT)
3300                 return;
3301
3302         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
3303
3304         if (zone->uz_max_items > 0) {
3305                 ZONE_LOCK(zone);
3306                 zone->uz_items--;
3307                 if (zone->uz_sleepers > 0 &&
3308                     zone->uz_items < zone->uz_max_items)
3309                         wakeup_one(zone);
3310                 ZONE_UNLOCK(zone);
3311         }
3312 }
3313
3314 /* See uma.h */
3315 int
3316 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
3317 {
3318         struct uma_bucket_zone *ubz;
3319
3320         /*
3321          * If limit is very low we may need to limit how
3322          * much items are allowed in CPU caches.
3323          */
3324         ubz = &bucket_zones[0];
3325         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
3326                 if (ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus > nitems)
3327                         break;
3328         if (ubz == &bucket_zones[0])
3329                 nitems = ubz->ubz_entries * 2 * mp_ncpus;
3330         else
3331                 ubz--;
3332
3333         ZONE_LOCK(zone);
3334         zone->uz_count_max = zone->uz_count = ubz->ubz_entries;
3335         if (zone->uz_count_min > zone->uz_count_max)
3336                 zone->uz_count_min = zone->uz_count_max;
3337         zone->uz_max_items = nitems;
3338         ZONE_UNLOCK(zone);
3339
3340         return (nitems);
3341 }
3342
3343 /* See uma.h */
3344 int
3345 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
3346 {
3347
3348         ZONE_LOCK(zone);
3349         zone->uz_bkt_max = nitems;
3350         ZONE_UNLOCK(zone);
3351
3352         return (nitems);
3353 }
3354
3355 /* See uma.h */
3356 int
3357 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
3358 {
3359         int nitems;
3360
3361         ZONE_LOCK(zone);
3362         nitems = zone->uz_max_items;
3363         ZONE_UNLOCK(zone);
3364
3365         return (nitems);
3366 }
3367
3368 /* See uma.h */
3369 void
3370 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
3371 {
3372
3373         ZONE_LOCK(zone);
3374         zone->uz_warning = warning;
3375         ZONE_UNLOCK(zone);
3376 }
3377
3378 /* See uma.h */
3379 void
3380 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
3381 {
3382
3383         ZONE_LOCK(zone);
3384         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
3385         ZONE_UNLOCK(zone);
3386 }
3387
3388 /* See uma.h */
3389 int
3390 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
3391 {
3392         int64_t nitems;
3393         u_int i;
3394
3395         ZONE_LOCK(zone);
3396         nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
3397             counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
3398         CPU_FOREACH(i) {
3399                 /*
3400                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
3401                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
3402                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
3403                  */
3404                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
3405                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
3406         }
3407         ZONE_UNLOCK(zone);
3408
3409         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
3410 }
3411
3412 /* See uma.h */
3413 void
3414 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
3415 {
3416         uma_keg_t keg;
3417
3418         KEG_GET(zone, keg);
3419         KEG_LOCK(keg);
3420         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3421             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3422         keg->uk_init = uminit;
3423         KEG_UNLOCK(keg);
3424 }
3425
3426 /* See uma.h */
3427 void
3428 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3429 {
3430         uma_keg_t keg;
3431
3432         KEG_GET(zone, keg);
3433         KEG_LOCK(keg);
3434         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3435             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3436         keg->uk_fini = fini;
3437         KEG_UNLOCK(keg);
3438 }
3439
3440 /* See uma.h */
3441 void
3442 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3443 {
3444
3445         ZONE_LOCK(zone);
3446         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3447             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3448         zone->uz_init = zinit;
3449         ZONE_UNLOCK(zone);
3450 }
3451
3452 /* See uma.h */
3453 void
3454 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3455 {
3456
3457         ZONE_LOCK(zone);
3458         KASSERT(zone->uz_keg->uk_pages == 0,
3459             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3460         zone->uz_fini = zfini;
3461         ZONE_UNLOCK(zone);
3462 }
3463
3464 /* See uma.h */
3465 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3466 void
3467 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3468 {
3469         uma_keg_t keg;
3470
3471         KEG_GET(zone, keg);
3472         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3473         KEG_LOCK(keg);
3474         keg->uk_freef = freef;
3475         KEG_UNLOCK(keg);
3476 }
3477
3478 /* See uma.h */
3479 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3480 void
3481 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3482 {
3483         uma_keg_t keg;
3484
3485         KEG_GET(zone, keg);
3486         KEG_LOCK(keg);
3487         keg->uk_allocf = allocf;
3488         KEG_UNLOCK(keg);
3489 }
3490
3491 /* See uma.h */
3492 void
3493 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3494 {
3495         uma_keg_t keg;
3496
3497         KEG_GET(zone, keg);
3498         KEG_LOCK(keg);
3499         keg->uk_reserve = items;
3500         KEG_UNLOCK(keg);
3501 }
3502
3503 /* See uma.h */
3504 int
3505 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3506 {
3507         uma_keg_t keg;
3508         vm_offset_t kva;
3509         u_int pages;
3510
3511         KEG_GET(zone, keg);
3512
3513         pages = count / keg->uk_ipers;
3514         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3515                 pages++;
3516         pages *= keg->uk_ppera;
3517
3518 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3519         if (keg->uk_ppera > 1) {
3520 #else
3521         if (1) {
3522 #endif
3523                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3524                 if (kva == 0)
3525                         return (0);
3526         } else
3527                 kva = 0;
3528
3529         ZONE_LOCK(zone);
3530         MPASS(keg->uk_kva == 0);
3531         keg->uk_kva = kva;
3532         keg->uk_offset = 0;
3533         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
3534 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3535         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3536 #else
3537         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3538 #endif
3539         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3540         ZONE_UNLOCK(zone);
3541
3542         return (1);
3543 }
3544
3545 /* See uma.h */
3546 void
3547 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3548 {
3549         struct vm_domainset_iter di;
3550         uma_domain_t dom;
3551         uma_slab_t slab;
3552         uma_keg_t keg;
3553         int aflags, domain, slabs;
3554
3555         KEG_GET(zone, keg);
3556         KEG_LOCK(keg);
3557         slabs = items / keg->uk_ipers;
3558         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3559                 slabs++;
3560         while (slabs-- > 0) {
3561                 aflags = M_NOWAIT;
3562                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3563                     &aflags);
3564                 for (;;) {
3565                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
3566                             aflags);
3567                         if (slab != NULL) {
3568                                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3569                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3570                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
3571                                     us_link);
3572                                 break;
3573                         }
3574                         KEG_LOCK(keg);
3575                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3576                                 KEG_UNLOCK(keg);
3577                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask);
3578                                 KEG_LOCK(keg);
3579                         }
3580                 }
3581         }
3582         KEG_UNLOCK(keg);
3583 }
3584
3585 /* See uma.h */
3586 static void
3587 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3588 {
3589
3590         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3591         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3592         bucket_enable();
3593         zone_foreach(zone_drain);
3594         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3595                 cache_drain_safe(NULL);
3596                 zone_foreach(zone_drain);
3597         }
3598
3599         /*
3600          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3601          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3602          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3603          */
3604         zone_drain(slabzone);
3605         bucket_zone_drain();
3606 }
3607
3608 void
3609 uma_reclaim(void)
3610 {
3611
3612         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3613         uma_reclaim_locked(false);
3614         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3615 }
3616
3617 static volatile int uma_reclaim_needed;
3618
3619 void
3620 uma_reclaim_wakeup(void)
3621 {
3622
3623         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
3624                 wakeup(uma_reclaim);
3625 }
3626
3627 void
3628 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3629 {
3630
3631         for (;;) {
3632                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3633                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
3634                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_drain_lock, PVM, "umarcl",
3635                             hz);
3636                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3637                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3638                 sx_xlock(&uma_drain_lock);
3639                 uma_reclaim_locked(true);
3640                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
3641                 sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3642                 /* Don't fire more than once per-second. */
3643                 pause("umarclslp", hz);
3644         }
3645 }
3646
3647 /* See uma.h */
3648 int
3649 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3650 {
3651         int full;
3652
3653         ZONE_LOCK(zone);
3654         full = zone->uz_sleepers > 0;
3655         ZONE_UNLOCK(zone);
3656         return (full);
3657 }
3658
3659 int
3660 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3661 {
3662         return (zone->uz_sleepers > 0);
3663 }
3664
3665 void *
3666 uma_large_malloc_domain(vm_size_t size, int domain, int wait)
3667 {
3668         struct domainset *policy;
3669         vm_offset_t addr;
3670         uma_slab_t slab;
3671
3672         if (domain != UMA_ANYDOMAIN) {
3673                 /* avoid allocs targeting empty domains */
3674                 if (VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3675                         domain = UMA_ANYDOMAIN;
3676         }
3677         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, domain, wait);
3678         if (slab == NULL)
3679                 return (NULL);
3680         policy = (domain == UMA_ANYDOMAIN) ? DOMAINSET_RR() :
3681             DOMAINSET_FIXED(domain);
3682         addr = kmem_malloc_domainset(policy, size, wait);
3683         if (addr != 0) {
3684                 vsetslab(addr, slab);
3685                 slab->us_data = (void *)addr;
3686                 slab->us_flags = UMA_SLAB_KERNEL | UMA_SLAB_MALLOC;
3687                 slab->us_size = size;
3688                 slab->us_domain = vm_phys_domain(PHYS_TO_VM_PAGE(
3689                     pmap_kextract(addr)));
3690                 uma_total_inc(size);
3691         } else {
3692                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3693         }
3694
3695         return ((void *)addr);
3696 }
3697
3698 void *
3699 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3700 {
3701
3702         return uma_large_malloc_domain(size, UMA_ANYDOMAIN, wait);
3703 }
3704
3705 void
3706 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3707 {
3708
3709         KASSERT((slab->us_flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
3710             ("uma_large_free:  Memory not allocated with uma_large_malloc."));
3711         kmem_free((vm_offset_t)slab->us_data, slab->us_size);
3712         uma_total_dec(slab->us_size);
3713         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3714 }
3715
3716 static void
3717 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3718 {
3719
3720         bzero(item, zone->uz_size);
3721 }
3722
3723 unsigned long
3724 uma_limit(void)
3725 {
3726
3727         return (uma_kmem_limit);
3728 }
3729
3730 void
3731 uma_set_limit(unsigned long limit)
3732 {
3733
3734         uma_kmem_limit = limit;
3735 }
3736
3737 unsigned long
3738 uma_size(void)
3739 {
3740
3741         return (uma_kmem_total);
3742 }
3743
3744 long
3745 uma_avail(void)
3746 {
3747
3748         return (uma_kmem_limit - uma_kmem_total);
3749 }
3750
3751 void
3752 uma_print_stats(void)
3753 {
3754         zone_foreach(uma_print_zone);
3755 }
3756
3757 static void
3758 slab_print(uma_slab_t slab)
3759 {
3760         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3761                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3762 }
3763
3764 static void
3765 cache_print(uma_cache_t cache)
3766 {
3767         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3768                 cache->uc_allocbucket,
3769                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3770                 cache->uc_freebucket,
3771                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3772 }
3773
3774 static void
3775 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3776 {
3777         uma_domain_t dom;
3778         uma_slab_t slab;
3779         int i;
3780
3781         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3782             "out %d free %d\n",
3783             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3784             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3785             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3786             keg->uk_free);
3787         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3788                 dom = &keg->uk_domain[i];
3789                 printf("Part slabs:\n");
3790                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_part_slab, us_link)
3791                         slab_print(slab);
3792                 printf("Free slabs:\n");
3793                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_free_slab, us_link)
3794                         slab_print(slab);
3795                 printf("Full slabs:\n");
3796                 LIST_FOREACH(slab, &dom->ud_full_slab, us_link)
3797                         slab_print(slab);
3798         }
3799 }
3800
3801 void
3802 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3803 {
3804         uma_cache_t cache;
3805         int i;
3806
3807         printf("zone: %s(%p) size %d maxitems %ju flags %#x\n",
3808             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, (uintmax_t)zone->uz_max_items,
3809             zone->uz_flags);
3810         if (zone->uz_lockptr != &zone->uz_lock)
3811                 uma_print_keg(zone->uz_keg);
3812         CPU_FOREACH(i) {
3813                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3814                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3815                 cache_print(cache);
3816         }
3817 }
3818
3819 #ifdef DDB
3820 /*
3821  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3822  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3823  *
3824  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3825  * per-CPU cache statistic.
3826  *
3827  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3828  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3829  * directly so that we don't have to.
3830  */
3831 static void
3832 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3833     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3834 {
3835         uma_cache_t cache;
3836         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3837         int cachefree, cpu;
3838
3839         allocs = frees = sleeps = 0;
3840         cachefree = 0;
3841         CPU_FOREACH(cpu) {
3842                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3843                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3844                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3845                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3846                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3847                 allocs += cache->uc_allocs;
3848                 frees += cache->uc_frees;
3849         }
3850         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
3851         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
3852         sleeps += z->uz_sleeps;
3853         if (cachefreep != NULL)
3854                 *cachefreep = cachefree;
3855         if (allocsp != NULL)
3856                 *allocsp = allocs;
3857         if (freesp != NULL)
3858                 *freesp = frees;
3859         if (sleepsp != NULL)
3860                 *sleepsp = sleeps;
3861 }
3862 #endif /* DDB */
3863
3864 static int
3865 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3866 {
3867         uma_keg_t kz;
3868         uma_zone_t z;
3869         int count;
3870
3871         count = 0;
3872         rw_rlock(&uma_rwlock);
3873         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3874                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3875                         count++;
3876         }
3877         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
3878                 count++;
3879
3880         rw_runlock(&uma_rwlock);
3881         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3882 }
3883
3884 static void
3885 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
3886     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
3887 {
3888         uma_zone_domain_t zdom;
3889         uma_cache_t cache;
3890         int i;
3891
3892
3893         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
3894                 zdom = &z->uz_domain[i];
3895                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
3896         }
3897         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
3898         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
3899         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
3900         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3901         /*
3902          * While it is not normally safe to access the cache
3903          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3904          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3905          * without the zone lock held, not invalidated, so
3906          * accept the possible race associated with bucket
3907          * exchange during monitoring.
3908          */
3909         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
3910                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
3911                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
3912                         continue;
3913                 cache = &z->uz_cpu[i];
3914                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3915                         ups[i].ups_cache_free +=
3916                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3917                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3918                         ups[i].ups_cache_free +=
3919                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3920                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
3921                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
3922         }
3923 }
3924
3925 static int
3926 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3927 {
3928         struct uma_stream_header ush;
3929         struct uma_type_header uth;
3930         struct uma_percpu_stat *ups;
3931         struct sbuf sbuf;
3932         uma_keg_t kz;
3933         uma_zone_t z;
3934         int count, error, i;
3935
3936         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3937         if (error != 0)
3938                 return (error);
3939         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3940         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3941         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
3942
3943         count = 0;
3944         rw_rlock(&uma_rwlock);
3945         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3946                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3947                         count++;
3948         }
3949
3950         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
3951                 count++;
3952
3953         /*
3954          * Insert stream header.
3955          */
3956         bzero(&ush, sizeof(ush));
3957         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3958         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3959         ush.ush_count = count;
3960         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3961
3962         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3963                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3964                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3965                         ZONE_LOCK(z);
3966                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3967                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3968                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3969                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3970                         if (z->uz_max_items > 0)
3971                                 uth.uth_pages = (z->uz_items / kz->uk_ipers) *
3972                                         kz->uk_ppera;
3973                         else
3974                                 uth.uth_pages = kz->uk_pages;
3975                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
3976                             kz->uk_ppera;
3977                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
3978                         uth.uth_keg_free = z->uz_keg->uk_free;
3979
3980                         /*
3981                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3982                          * on the keg's zone list.
3983                          */
3984                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3985                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3986                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3987                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
3988                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
3989                         ZONE_UNLOCK(z);
3990                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3991                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
3992                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
3993                 }
3994         }
3995         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3996                 bzero(&uth, sizeof(uth));
3997                 ZONE_LOCK(z);
3998                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3999                 uth.uth_size = z->uz_size;
4000                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
4001                 ZONE_UNLOCK(z);
4002                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
4003                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
4004                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
4005         }
4006
4007         rw_runlock(&uma_rwlock);
4008         error = sbuf_finish(&sbuf);
4009         sbuf_delete(&sbuf);
4010         free(ups, M_TEMP);
4011         return (error);
4012 }
4013
4014 int
4015 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4016 {
4017         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4018         int error, max;
4019
4020         max = uma_zone_get_max(zone);
4021         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
4022         if (error || !req->newptr)
4023                 return (error);
4024
4025         uma_zone_set_max(zone, max);
4026
4027         return (0);
4028 }
4029
4030 int
4031 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
4032 {
4033         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
4034         int cur;
4035
4036         cur = uma_zone_get_cur(zone);
4037         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
4038 }
4039
4040 #ifdef INVARIANTS
4041 static uma_slab_t
4042 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
4043 {
4044         uma_slab_t slab;
4045         uma_keg_t keg;
4046         uint8_t *mem;
4047
4048         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4049         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
4050                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
4051         } else {
4052                 /*
4053                  * It is safe to return the slab here even though the
4054                  * zone is unlocked because the item's allocation state
4055                  * essentially holds a reference.
4056                  */
4057                 if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
4058                         return (NULL);
4059                 ZONE_LOCK(zone);
4060                 keg = zone->uz_keg;
4061                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
4062                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4063                 else
4064                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4065                 ZONE_UNLOCK(zone);
4066         }
4067
4068         return (slab);
4069 }
4070
4071 static bool
4072 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
4073 {
4074
4075         if (zone->uz_lockptr == &zone->uz_lock)
4076                 return (true);
4077
4078         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
4079 }
4080
4081 static bool
4082 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
4083 {
4084         uintptr_t idx;
4085
4086         if (dbg_divisor == 0)
4087                 return (true);
4088
4089         if (dbg_divisor == 1)
4090                 return (false);
4091
4092         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
4093         if (keg->uk_ipers > 1) {
4094                 idx *= keg->uk_ipers;
4095                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
4096         }
4097
4098         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
4099                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
4100                 return (true);
4101         }
4102         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
4103
4104         return (false);
4105 }
4106
4107 /*
4108  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
4109  *
4110  */
4111 static void
4112 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4113 {
4114         uma_keg_t keg;
4115         int freei;
4116
4117         if (slab == NULL) {
4118                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4119                 if (slab == NULL)
4120                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
4121                             item, zone->uz_name);
4122         }
4123         keg = slab->us_keg;
4124         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4125
4126         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4127                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4128                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4129         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4130
4131         return;
4132 }
4133
4134 /*
4135  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
4136  * and duplicate frees.
4137  *
4138  */
4139 static void
4140 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4141 {
4142         uma_keg_t keg;
4143         int freei;
4144
4145         if (slab == NULL) {
4146                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
4147                 if (slab == NULL)
4148                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
4149                             item, zone->uz_name);
4150         }
4151         keg = slab->us_keg;
4152         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
4153
4154         if (freei >= keg->uk_ipers)
4155                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4156                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4157
4158         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item)
4159                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4160                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4161
4162         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
4163                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
4164                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
4165
4166         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
4167 }
4168 #endif /* INVARIANTS */
4169
4170 #ifdef DDB
4171 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
4172 {
4173         uma_keg_t kz;
4174         uma_zone_t z;
4175         uint64_t allocs, frees, sleeps;
4176         long cachefree;
4177         int i;
4178
4179         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
4180             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
4181         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
4182                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
4183                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
4184                                 allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
4185                                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
4186                                 sleeps = z->uz_sleeps;
4187                                 cachefree = 0;
4188                         } else
4189                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
4190                                     &frees, &sleeps);
4191                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
4192                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
4193                                 cachefree += kz->uk_free;
4194                         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4195                                 cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4196
4197                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8ju %8u\n",
4198                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
4199                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4200                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
4201                         if (db_pager_quit)
4202                                 return;
4203                 }
4204         }
4205 }
4206
4207 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
4208 {
4209         uma_zone_t z;
4210         uint64_t allocs, frees;
4211         long cachefree;
4212         int i;
4213
4214         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
4215             "Requests", "Bucket");
4216         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
4217                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
4218                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4219                         cachefree += z->uz_domain[i].uzd_nitems;
4220                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
4221                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
4222                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
4223                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
4224                 if (db_pager_quit)
4225                         return;
4226         }
4227 }
4228 #endif  /* DDB */