sys/vm/uma_core.c

   1 /*-
   2  * SPDX-License-Identifier: BSD-2-Clause-FreeBSD
   3  *
   4  * Copyright (c) 2002-2019 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
   5  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
   6  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
   7  * All rights reserved.
   8  *
   9  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
  10  * modification, are permitted provided that the following conditions
  11  * are met:
  12  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
  13  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
  14  *    disclaimer.
  15  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
  16  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
  17  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
  18  *
  19  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
  20  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
  21  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
  22  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
  23  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
  24  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
  25  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
  26  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
  27  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
  28  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
  29  */
  30
  31 /*
  32  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
  33  *
  34  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
  35  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
  36  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
  37  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
  38  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
  39  * pools of reserved memory unused.
  40  *
  41  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
  42  * are well known.
  43  *
  44  */
  45
  46 /*
  47  * TODO:
  48  *      - Improve memory usage for large allocations
  49  *      - Investigate cache size adjustments
  50  */
  51
  52 #include <sys/cdefs.h>
  53 __FBSDID("$FreeBSD$");
  54
  55 #include "opt_ddb.h"
  56 #include "opt_param.h"
  57 #include "opt_vm.h"
  58
  59 #include <sys/param.h>
  60 #include <sys/systm.h>
  61 #include <sys/bitset.h>
  62 #include <sys/domainset.h>
  63 #include <sys/eventhandler.h>
  64 #include <sys/kernel.h>
  65 #include <sys/types.h>
  66 #include <sys/limits.h>
  67 #include <sys/queue.h>
  68 #include <sys/malloc.h>
  69 #include <sys/ktr.h>
  70 #include <sys/lock.h>
  71 #include <sys/sysctl.h>
  72 #include <sys/mutex.h>
  73 #include <sys/proc.h>
  74 #include <sys/random.h>
  75 #include <sys/rwlock.h>
  76 #include <sys/sbuf.h>
  77 #include <sys/sched.h>
  78 #include <sys/sleepqueue.h>
  79 #include <sys/smp.h>
  80 #include <sys/smr.h>
  81 #include <sys/taskqueue.h>
  82 #include <sys/vmmeter.h>
  83
  84 #include <vm/vm.h>
  85 #include <vm/vm_param.h>
  86 #include <vm/vm_domainset.h>
  87 #include <vm/vm_object.h>
  88 #include <vm/vm_page.h>
  89 #include <vm/vm_pageout.h>
  90 #include <vm/vm_phys.h>
  91 #include <vm/vm_pagequeue.h>
  92 #include <vm/vm_map.h>
  93 #include <vm/vm_kern.h>
  94 #include <vm/vm_extern.h>
  95 #include <vm/vm_dumpset.h>
  96 #include <vm/uma.h>
  97 #include <vm/uma_int.h>
  98 #include <vm/uma_dbg.h>
  99
 100 #include <ddb/ddb.h>
 101
 102 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
 103 #include <vm/memguard.h>
 104 #endif
 105
 106 #include <machine/md_var.h>
 107
 108 #ifdef INVARIANTS
 109 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     1
 110 #else
 111 #define UMA_ALWAYS_CTORDTOR     0
 112 #endif
 113
 114 /*
 115  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.
 116  */
 117 static uma_zone_t kegs;
 118 static uma_zone_t zones;
 119
 120 /*
 121  * On INVARIANTS builds, the slab contains a second bitset of the same size,
 122  * "dbg_bits", which is laid out immediately after us_free.
 123  */
 124 #ifdef INVARIANTS
 125 #define SLAB_BITSETS    2
 126 #else
 127 #define SLAB_BITSETS    1
 128 #endif
 129
 130 /*
 131  * These are the two zones from which all offpage uma_slab_ts are allocated.
 132  *
 133  * One zone is for slab headers that can represent a larger number of items,
 134  * making the slabs themselves more efficient, and the other zone is for
 135  * headers that are smaller and represent fewer items, making the headers more
 136  * efficient.
 137  */
 138 #define SLABZONE_SIZE(setsize)                                  \
 139     (sizeof(struct uma_hash_slab) + BITSET_SIZE(setsize) * SLAB_BITSETS)
 140 #define SLABZONE0_SETSIZE       (PAGE_SIZE / 16)
 141 #define SLABZONE1_SETSIZE       SLAB_MAX_SETSIZE
 142 #define SLABZONE0_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE0_SETSIZE)
 143 #define SLABZONE1_SIZE  SLABZONE_SIZE(SLABZONE1_SETSIZE)
 144 static uma_zone_t slabzones[2];
 145
 146 /*
 147  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
 148  * prior to malloc coming up.
 149  */
 150 static uma_zone_t hashzone;
 151
 152 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
 153 int uma_align_cache = 64 - 1;
 154
 155 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
 156 static MALLOC_DEFINE(M_UMA, "UMA", "UMA Misc");
 157
 158 /*
 159  * Are we allowed to allocate buckets?
 160  */
 161 static int bucketdisable = 1;
 162
 163 /* Linked list of all kegs in the system */
 164 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
 165
 166 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
 167 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
 168     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
 169
 170 /* This RW lock protects the keg list */
 171 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
 172
 173 /*
 174  * First available virual address for boot time allocations.
 175  */
 176 static vm_offset_t bootstart;
 177 static vm_offset_t bootmem;
 178
 179 static struct sx uma_reclaim_lock;
 180
 181 /*
 182  * kmem soft limit, initialized by uma_set_limit().  Ensure that early
 183  * allocations don't trigger a wakeup of the reclaim thread.
 184  */
 185 unsigned long uma_kmem_limit = LONG_MAX;
 186 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_limit, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_limit, 0,
 187     "UMA kernel memory soft limit");
 188 unsigned long uma_kmem_total;
 189 SYSCTL_ULONG(_vm, OID_AUTO, uma_kmem_total, CTLFLAG_RD, &uma_kmem_total, 0,
 190     "UMA kernel memory usage");
 191
 192 /* Is the VM done starting up? */
 193 static enum {
 194         BOOT_COLD,
 195         BOOT_KVA,
 196         BOOT_PCPU,
 197         BOOT_RUNNING,
 198         BOOT_SHUTDOWN,
 199 } booted = BOOT_COLD;
 200
 201 /*
 202  * This is the handle used to schedule events that need to happen
 203  * outside of the allocation fast path.
 204  */
 205 static struct callout uma_callout;
 206 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
 207
 208 /*
 209  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
 210  * a special allocation function just for zones.
 211  */
 212 struct uma_zctor_args {
 213         const char *name;
 214         size_t size;
 215         uma_ctor ctor;
 216         uma_dtor dtor;
 217         uma_init uminit;
 218         uma_fini fini;
 219         uma_import import;
 220         uma_release release;
 221         void *arg;
 222         uma_keg_t keg;
 223         int align;
 224         uint32_t flags;
 225 };
 226
 227 struct uma_kctor_args {
 228         uma_zone_t zone;
 229         size_t size;
 230         uma_init uminit;
 231         uma_fini fini;
 232         int align;
 233         uint32_t flags;
 234 };
 235
 236 struct uma_bucket_zone {
 237         uma_zone_t      ubz_zone;
 238         const char      *ubz_name;
 239         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
 240         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
 241 };
 242
 243 /*
 244  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
 245  * of two sizes for more efficient space utilization.
 246  */
 247 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
 248     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
 249
 250 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
 251 #define BUCKET_MIN      2
 252
 253 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
 254         /* Literal bucket sizes. */
 255         { NULL, "2 Bucket", 2, 4096 },
 256         { NULL, "4 Bucket", 4, 3072 },
 257         { NULL, "8 Bucket", 8, 2048 },
 258         { NULL, "16 Bucket", 16, 1024 },
 259         /* Rounded down power of 2 sizes for efficiency. */
 260         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
 261         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
 262         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
 263         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
 264         { NULL, NULL, 0}
 265 };
 266
 267 /*
 268  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
 269  */
 270 enum zfreeskip {
 271         SKIP_NONE =     0,
 272         SKIP_CNT =      0x00000001,
 273         SKIP_DTOR =     0x00010000,
 274         SKIP_FINI =     0x00020000,
 275 };
 276
 277 /* Prototypes.. */
 278
 279 void    uma_startup1(vm_offset_t);
 280 void    uma_startup2(void);
 281
 282 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 283 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 284 static void *pcpu_page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 285 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 286 static void *contig_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, int, uint8_t *, int);
 287 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 288 static void pcpu_page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
 289 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int, int, int);
 290 static void cache_drain(uma_zone_t);
 291 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
 292 static void bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool);
 293 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
 294 static void keg_dtor(void *, int, void *);
 295 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
 296 static void zone_dtor(void *, int, void *);
 297 static inline void item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size,
 298     void *udata, enum zfreeskip skip);
 299 static int zero_init(void *, int, int);
 300 static void zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 301     int itemdomain, bool ws);
 302 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 303 static void zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *), void *);
 304 static void zone_timeout(uma_zone_t zone, void *);
 305 static int hash_alloc(struct uma_hash *, u_int);
 306 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
 307 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
 308 static void uma_timeout(void *);
 309 static void uma_shutdown(void);
 310 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int, int);
 311 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
 312 static int zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags);
 313 static void zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count);
 314 static void bucket_enable(void);
 315 static void bucket_init(void);
 316 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
 317 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
 318 static void bucket_zone_drain(void);
 319 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t, void *, int, int);
 320 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
 321 static void slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 322 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
 323     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
 324 static int zone_import(void *, void **, int, int, int);
 325 static void zone_release(void *, void **, int);
 326 static bool cache_alloc(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, int);
 327 static bool cache_free(uma_zone_t, uma_cache_t, void *, void *, int);
 328
 329 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 330 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 331 static int sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 332 static int sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 333 static int sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 334 static int sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 335 static int sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
 336
 337 static uint64_t uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone);
 338
 339 static SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, debug, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 340     "Memory allocation debugging");
 341
 342 #ifdef INVARIANTS
 343 static uint64_t uma_keg_get_allocs(uma_keg_t zone);
 344 static inline struct noslabbits *slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg);
 345
 346 static bool uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem);
 347 static bool uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem);
 348 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 349 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
 350
 351 static u_int dbg_divisor = 1;
 352 SYSCTL_UINT(_vm_debug, OID_AUTO, divisor,
 353     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &dbg_divisor, 0,
 354     "Debug & thrash every this item in memory allocator");
 355
 356 static counter_u64_t uma_dbg_cnt = EARLY_COUNTER;
 357 static counter_u64_t uma_skip_cnt = EARLY_COUNTER;
 358 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, trashed, CTLFLAG_RD,
 359     &uma_dbg_cnt, "memory items debugged");
 360 SYSCTL_COUNTER_U64(_vm_debug, OID_AUTO, skipped, CTLFLAG_RD,
 361     &uma_skip_cnt, "memory items skipped, not debugged");
 362 #endif
 363
 364 SYSCTL_NODE(_vm, OID_AUTO, uma, CTLFLAG_RW | CTLFLAG_MPSAFE, 0,
 365     "Universal Memory Allocator");
 366
 367 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_INT,
 368     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
 369
 370 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLFLAG_MPSAFE|CTLTYPE_STRUCT,
 371     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
 372
 373 static int zone_warnings = 1;
 374 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
 375     "Warn when UMA zones becomes full");
 376
 377 static int multipage_slabs = 1;
 378 TUNABLE_INT("vm.debug.uma_multipage_slabs", &multipage_slabs);
 379 SYSCTL_INT(_vm_debug, OID_AUTO, uma_multipage_slabs,
 380     CTLFLAG_RDTUN | CTLFLAG_NOFETCH, &multipage_slabs, 0,
 381     "UMA may choose larger slab sizes for better efficiency");
 382
 383 /*
 384  * Select the slab zone for an offpage slab with the given maximum item count.
 385  */
 386 static inline uma_zone_t
 387 slabzone(int ipers)
 388 {
 389
 390         return (slabzones[ipers > SLABZONE0_SETSIZE]);
 391 }
 392
 393 /*
 394  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
 395  */
 396 static void
 397 bucket_enable(void)
 398 {
 399
 400         KASSERT(booted >= BOOT_KVA, ("Bucket enable before init"));
 401         bucketdisable = vm_page_count_min();
 402 }
 403
 404 /*
 405  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
 406  *
 407  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
 408  * of the header and an array of pointers.
 409  */
 410 static void
 411 bucket_init(void)
 412 {
 413         struct uma_bucket_zone *ubz;
 414         int size;
 415
 416         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
 417                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
 418                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
 419                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
 420                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
 421                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET |
 422                     UMA_ZONE_FIRSTTOUCH);
 423         }
 424 }
 425
 426 /*
 427  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
 428  * to allocate the bucket.
 429  */
 430 static struct uma_bucket_zone *
 431 bucket_zone_lookup(int entries)
 432 {
 433         struct uma_bucket_zone *ubz;
 434
 435         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 436                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
 437                         return (ubz);
 438         ubz--;
 439         return (ubz);
 440 }
 441
 442 static struct uma_bucket_zone *
 443 bucket_zone_max(uma_zone_t zone, int nitems)
 444 {
 445         struct uma_bucket_zone *ubz;
 446         int bpcpu;
 447
 448         bpcpu = 2;
 449         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
 450                 /* Count the cross-domain bucket. */
 451                 bpcpu++;
 452
 453         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 454                 if (ubz->ubz_entries * bpcpu * mp_ncpus > nitems)
 455                         break;
 456         if (ubz == &bucket_zones[0])
 457                 ubz = NULL;
 458         else
 459                 ubz--;
 460         return (ubz);
 461 }
 462
 463 static int
 464 bucket_select(int size)
 465 {
 466         struct uma_bucket_zone *ubz;
 467
 468         ubz = &bucket_zones[0];
 469         if (size > ubz->ubz_maxsize)
 470                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
 471
 472         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 473                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
 474                         break;
 475         ubz--;
 476         return (ubz->ubz_entries);
 477 }
 478
 479 static uma_bucket_t
 480 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
 481 {
 482         struct uma_bucket_zone *ubz;
 483         uma_bucket_t bucket;
 484
 485         /*
 486          * Don't allocate buckets early in boot.
 487          */
 488         if (__predict_false(booted < BOOT_KVA))
 489                 return (NULL);
 490
 491         /*
 492          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
 493          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
 494          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
 495          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
 496          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
 497          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
 498          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
 499          * free path.
 500          */
 501         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 502                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 503         else {
 504                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
 505                         return (NULL);
 506                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
 507         }
 508         if (((uintptr_t)udata & UMA_ZONE_VM) != 0)
 509                 flags |= M_NOVM;
 510         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_bucket_size);
 511         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
 512                 ubz++;
 513         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
 514         if (bucket) {
 515 #ifdef INVARIANTS
 516                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
 517 #endif
 518                 bucket->ub_cnt = 0;
 519                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
 520                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 521                 CTR3(KTR_UMA, "bucket_alloc: zone %s(%p) allocated bucket %p",
 522                     zone->uz_name, zone, bucket);
 523         }
 524
 525         return (bucket);
 526 }
 527
 528 static void
 529 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
 530 {
 531         struct uma_bucket_zone *ubz;
 532
 533         if (bucket->ub_cnt != 0)
 534                 bucket_drain(zone, bucket);
 535
 536         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
 537             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
 538         KASSERT(bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID,
 539             ("bucket_free: Freeing an SMR bucket."));
 540         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
 541                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
 542         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
 543         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
 544 }
 545
 546 static void
 547 bucket_zone_drain(void)
 548 {
 549         struct uma_bucket_zone *ubz;
 550
 551         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
 552                 uma_zone_reclaim(ubz->ubz_zone, UMA_RECLAIM_DRAIN);
 553 }
 554
 555 /*
 556  * Acquire the domain lock and record contention.
 557  */
 558 static uma_zone_domain_t
 559 zone_domain_lock(uma_zone_t zone, int domain)
 560 {
 561         uma_zone_domain_t zdom;
 562         bool lockfail;
 563
 564         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
 565         lockfail = false;
 566         if (ZDOM_OWNED(zdom))
 567                 lockfail = true;
 568         ZDOM_LOCK(zdom);
 569         /* This is unsynchronized.  The counter does not need to be precise. */
 570         if (lockfail && zone->uz_bucket_size < zone->uz_bucket_size_max)
 571                 zone->uz_bucket_size++;
 572         return (zdom);
 573 }
 574
 575 /*
 576  * Search for the domain with the least cached items and return it if it
 577  * is out of balance with the preferred domain.
 578  */
 579 static __noinline int
 580 zone_domain_lowest(uma_zone_t zone, int pref)
 581 {
 582         long least, nitems, prefitems;
 583         int domain;
 584         int i;
 585
 586         prefitems = least = LONG_MAX;
 587         domain = 0;
 588         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 589                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 590                 if (nitems < least) {
 591                         domain = i;
 592                         least = nitems;
 593                 }
 594                 if (domain == pref)
 595                         prefitems = nitems;
 596         }
 597         if (prefitems < least * 2)
 598                 return (pref);
 599
 600         return (domain);
 601 }
 602
 603 /*
 604  * Search for the domain with the most cached items and return it or the
 605  * preferred domain if it has enough to proceed.
 606  */
 607 static __noinline int
 608 zone_domain_highest(uma_zone_t zone, int pref)
 609 {
 610         long most, nitems;
 611         int domain;
 612         int i;
 613
 614         if (ZDOM_GET(zone, pref)->uzd_nitems > BUCKET_MAX)
 615                 return (pref);
 616
 617         most = 0;
 618         domain = 0;
 619         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
 620                 nitems = ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
 621                 if (nitems > most) {
 622                         domain = i;
 623                         most = nitems;
 624                 }
 625         }
 626
 627         return (domain);
 628 }
 629
 630 /*
 631  * Safely subtract cnt from imax.
 632  */
 633 static void
 634 zone_domain_imax_sub(uma_zone_domain_t zdom, int cnt)
 635 {
 636         long new;
 637         long old;
 638
 639         old = zdom->uzd_imax;
 640         do {
 641                 if (old <= cnt)
 642                         new = 0;
 643                 else
 644                         new = old - cnt;
 645         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, new) == 0);
 646 }
 647
 648 /*
 649  * Set the maximum imax value.
 650  */
 651 static void
 652 zone_domain_imax_set(uma_zone_domain_t zdom, int nitems)
 653 {
 654         long old;
 655
 656         old = zdom->uzd_imax;
 657         do {
 658                 if (old >= nitems)
 659                         break;
 660         } while (atomic_fcmpset_long(&zdom->uzd_imax, &old, nitems) == 0);
 661 }
 662
 663 /*
 664  * Attempt to satisfy an allocation by retrieving a full bucket from one of the
 665  * zone's caches.  If a bucket is found the zone is not locked on return.
 666  */
 667 static uma_bucket_t
 668 zone_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_zone_domain_t zdom, bool reclaim)
 669 {
 670         uma_bucket_t bucket;
 671         int i;
 672         bool dtor = false;
 673
 674         ZDOM_LOCK_ASSERT(zdom);
 675
 676         if ((bucket = STAILQ_FIRST(&zdom->uzd_buckets)) == NULL)
 677                 return (NULL);
 678
 679         /* SMR Buckets can not be re-used until readers expire. */
 680         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
 681             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
 682                 if (!smr_poll(zone->uz_smr, bucket->ub_seq, false))
 683                         return (NULL);
 684                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
 685                 dtor = (zone->uz_dtor != NULL) || UMA_ALWAYS_CTORDTOR;
 686                 if (STAILQ_NEXT(bucket, ub_link) != NULL)
 687                         zdom->uzd_seq = STAILQ_NEXT(bucket, ub_link)->ub_seq;
 688         }
 689         STAILQ_REMOVE_HEAD(&zdom->uzd_buckets, ub_link);
 690
 691         KASSERT(zdom->uzd_nitems >= bucket->ub_cnt,
 692             ("%s: item count underflow (%ld, %d)",
 693             __func__, zdom->uzd_nitems, bucket->ub_cnt));
 694         KASSERT(bucket->ub_cnt > 0,
 695             ("%s: empty bucket in bucket cache", __func__));
 696         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 697
 698         /*
 699          * Shift the bounds of the current WSS interval to avoid
 700          * perturbing the estimate.
 701          */
 702         if (reclaim) {
 703                 zdom->uzd_imin -= lmin(zdom->uzd_imin, bucket->ub_cnt);
 704                 zone_domain_imax_sub(zdom, bucket->ub_cnt);
 705         } else if (zdom->uzd_imin > zdom->uzd_nitems)
 706                 zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 707
 708         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 709         if (dtor)
 710                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
 711                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
 712                             NULL, SKIP_NONE);
 713
 714         return (bucket);
 715 }
 716
 717 /*
 718  * Insert a full bucket into the specified cache.  The "ws" parameter indicates
 719  * whether the bucket's contents should be counted as part of the zone's working
 720  * set.  The bucket may be freed if it exceeds the bucket limit.
 721  */
 722 static void
 723 zone_put_bucket(uma_zone_t zone, int domain, uma_bucket_t bucket, void *udata,
 724     const bool ws)
 725 {
 726         uma_zone_domain_t zdom;
 727
 728         /* We don't cache empty buckets.  This can happen after a reclaim. */
 729         if (bucket->ub_cnt == 0)
 730                 goto out;
 731         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
 732
 733         /*
 734          * Conditionally set the maximum number of items.
 735          */
 736         zdom->uzd_nitems += bucket->ub_cnt;
 737         if (__predict_true(zdom->uzd_nitems < zone->uz_bucket_max)) {
 738                 if (ws)
 739                         zone_domain_imax_set(zdom, zdom->uzd_nitems);
 740                 if (STAILQ_EMPTY(&zdom->uzd_buckets))
 741                         zdom->uzd_seq = bucket->ub_seq;
 742
 743                 /*
 744                  * Try to promote reuse of recently used items.  For items
 745                  * protected by SMR, try to defer reuse to minimize polling.
 746                  */
 747                 if (bucket->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID)
 748                         STAILQ_INSERT_HEAD(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 749                 else
 750                         STAILQ_INSERT_TAIL(&zdom->uzd_buckets, bucket, ub_link);
 751                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
 752                 return;
 753         }
 754         zdom->uzd_nitems -= bucket->ub_cnt;
 755         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 756 out:
 757         bucket_free(zone, bucket, udata);
 758 }
 759
 760 /* Pops an item out of a per-cpu cache bucket. */
 761 static inline void *
 762 cache_bucket_pop(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket)
 763 {
 764         void *item;
 765
 766         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 767
 768         bucket->ucb_cnt--;
 769         item = bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt];
 770 #ifdef INVARIANTS
 771         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = NULL;
 772         KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
 773 #endif
 774         cache->uc_allocs++;
 775
 776         return (item);
 777 }
 778
 779 /* Pushes an item into a per-cpu cache bucket. */
 780 static inline void
 781 cache_bucket_push(uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket, void *item)
 782 {
 783
 784         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 785         KASSERT(bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] == NULL,
 786             ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
 787
 788         bucket->ucb_bucket->ub_bucket[bucket->ucb_cnt] = item;
 789         bucket->ucb_cnt++;
 790         cache->uc_frees++;
 791 }
 792
 793 /*
 794  * Unload a UMA bucket from a per-cpu cache.
 795  */
 796 static inline uma_bucket_t
 797 cache_bucket_unload(uma_cache_bucket_t bucket)
 798 {
 799         uma_bucket_t b;
 800
 801         b = bucket->ucb_bucket;
 802         if (b != NULL) {
 803                 MPASS(b->ub_entries == bucket->ucb_entries);
 804                 b->ub_cnt = bucket->ucb_cnt;
 805                 bucket->ucb_bucket = NULL;
 806                 bucket->ucb_entries = bucket->ucb_cnt = 0;
 807         }
 808
 809         return (b);
 810 }
 811
 812 static inline uma_bucket_t
 813 cache_bucket_unload_alloc(uma_cache_t cache)
 814 {
 815
 816         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_allocbucket));
 817 }
 818
 819 static inline uma_bucket_t
 820 cache_bucket_unload_free(uma_cache_t cache)
 821 {
 822
 823         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_freebucket));
 824 }
 825
 826 static inline uma_bucket_t
 827 cache_bucket_unload_cross(uma_cache_t cache)
 828 {
 829
 830         return (cache_bucket_unload(&cache->uc_crossbucket));
 831 }
 832
 833 /*
 834  * Load a bucket into a per-cpu cache bucket.
 835  */
 836 static inline void
 837 cache_bucket_load(uma_cache_bucket_t bucket, uma_bucket_t b)
 838 {
 839
 840         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 841         MPASS(bucket->ucb_bucket == NULL);
 842         MPASS(b->ub_seq == SMR_SEQ_INVALID);
 843
 844         bucket->ucb_bucket = b;
 845         bucket->ucb_cnt = b->ub_cnt;
 846         bucket->ucb_entries = b->ub_entries;
 847 }
 848
 849 static inline void
 850 cache_bucket_load_alloc(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 851 {
 852
 853         cache_bucket_load(&cache->uc_allocbucket, b);
 854 }
 855
 856 static inline void
 857 cache_bucket_load_free(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 858 {
 859
 860         cache_bucket_load(&cache->uc_freebucket, b);
 861 }
 862
 863 #ifdef NUMA
 864 static inline void
 865 cache_bucket_load_cross(uma_cache_t cache, uma_bucket_t b)
 866 {
 867
 868         cache_bucket_load(&cache->uc_crossbucket, b);
 869 }
 870 #endif
 871
 872 /*
 873  * Copy and preserve ucb_spare.
 874  */
 875 static inline void
 876 cache_bucket_copy(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
 877 {
 878
 879         b1->ucb_bucket = b2->ucb_bucket;
 880         b1->ucb_entries = b2->ucb_entries;
 881         b1->ucb_cnt = b2->ucb_cnt;
 882 }
 883
 884 /*
 885  * Swap two cache buckets.
 886  */
 887 static inline void
 888 cache_bucket_swap(uma_cache_bucket_t b1, uma_cache_bucket_t b2)
 889 {
 890         struct uma_cache_bucket b3;
 891
 892         CRITICAL_ASSERT(curthread);
 893
 894         cache_bucket_copy(&b3, b1);
 895         cache_bucket_copy(b1, b2);
 896         cache_bucket_copy(b2, &b3);
 897 }
 898
 899 /*
 900  * Attempt to fetch a bucket from a zone on behalf of the current cpu cache.
 901  */
 902 static uma_bucket_t
 903 cache_fetch_bucket(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, int domain)
 904 {
 905         uma_zone_domain_t zdom;
 906         uma_bucket_t bucket;
 907
 908         /*
 909          * Avoid the lock if possible.
 910          */
 911         zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
 912         if (zdom->uzd_nitems == 0)
 913                 return (NULL);
 914
 915         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
 916             !smr_poll(zone->uz_smr, zdom->uzd_seq, false))
 917                 return (NULL);
 918
 919         /*
 920          * Check the zone's cache of buckets.
 921          */
 922         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
 923         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL)
 924                 return (bucket);
 925         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 926
 927         return (NULL);
 928 }
 929
 930 static void
 931 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
 932 {
 933         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
 934
 935         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
 936                 return;
 937
 938         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
 939                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
 940 }
 941
 942 static inline void
 943 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
 944 {
 945
 946         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
 947                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
 948 }
 949
 950 /*
 951  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
 952  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
 953  *
 954  * Arguments:
 955  *      arg   Unused
 956  *
 957  * Returns:
 958  *      Nothing
 959  */
 960 static void
 961 uma_timeout(void *unused)
 962 {
 963         bucket_enable();
 964         zone_foreach(zone_timeout, NULL);
 965
 966         /* Reschedule this event */
 967         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
 968 }
 969
 970 /*
 971  * Update the working set size estimate for the zone's bucket cache.
 972  * The constants chosen here are somewhat arbitrary.  With an update period of
 973  * 20s (UMA_TIMEOUT), this estimate is dominated by zone activity over the
 974  * last 100s.
 975  */
 976 static void
 977 zone_domain_update_wss(uma_zone_domain_t zdom)
 978 {
 979         long wss;
 980
 981         ZDOM_LOCK(zdom);
 982         MPASS(zdom->uzd_imax >= zdom->uzd_imin);
 983         wss = zdom->uzd_imax - zdom->uzd_imin;
 984         zdom->uzd_imax = zdom->uzd_imin = zdom->uzd_nitems;
 985         zdom->uzd_wss = (4 * wss + zdom->uzd_wss) / 5;
 986         ZDOM_UNLOCK(zdom);
 987 }
 988
 989 /*
 990  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
 991  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
 992  *
 993  *  Returns nothing.
 994  */
 995 static void
 996 zone_timeout(uma_zone_t zone, void *unused)
 997 {
 998         uma_keg_t keg;
 999         u_int slabs, pages;
1000
1001         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
1002                 goto update_wss;
1003
1004         keg = zone->uz_keg;
1005
1006         /*
1007          * Hash zones are non-numa by definition so the first domain
1008          * is the only one present.
1009          */
1010         KEG_LOCK(keg, 0);
1011         pages = keg->uk_domain[0].ud_pages;
1012
1013         /*
1014          * Expand the keg hash table.
1015          *
1016          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
1017          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
1018          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
1019          */
1020         if ((slabs = pages / keg->uk_ppera) > keg->uk_hash.uh_hashsize) {
1021                 struct uma_hash newhash;
1022                 struct uma_hash oldhash;
1023                 int ret;
1024
1025                 /*
1026                  * This is so involved because allocating and freeing
1027                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
1028                  * I have to do everything in stages and check for
1029                  * races.
1030                  */
1031                 KEG_UNLOCK(keg, 0);
1032                 ret = hash_alloc(&newhash, 1 << fls(slabs));
1033                 KEG_LOCK(keg, 0);
1034                 if (ret) {
1035                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
1036                                 oldhash = keg->uk_hash;
1037                                 keg->uk_hash = newhash;
1038                         } else
1039                                 oldhash = newhash;
1040
1041                         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1042                         hash_free(&oldhash);
1043                         goto update_wss;
1044                 }
1045         }
1046         KEG_UNLOCK(keg, 0);
1047
1048 update_wss:
1049         for (int i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1050                 zone_domain_update_wss(ZDOM_GET(zone, i));
1051 }
1052
1053 /*
1054  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
1055  * backing store.
1056  *
1057  * Arguments:
1058  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
1059  *
1060  * Returns:
1061  *      1 on success and 0 on failure.
1062  */
1063 static int
1064 hash_alloc(struct uma_hash *hash, u_int size)
1065 {
1066         size_t alloc;
1067
1068         KASSERT(powerof2(size), ("hash size must be power of 2"));
1069         if (size > UMA_HASH_SIZE_INIT)  {
1070                 hash->uh_hashsize = size;
1071                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
1072                 hash->uh_slab_hash = malloc(alloc, M_UMAHASH, M_NOWAIT);
1073         } else {
1074                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
1075                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
1076                     UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
1077                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
1078         }
1079         if (hash->uh_slab_hash) {
1080                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
1081                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
1082                 return (1);
1083         }
1084
1085         return (0);
1086 }
1087
1088 /*
1089  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
1090  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
1091  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
1092  *
1093  * Arguments:
1094  *      oldhash  The hash you want to expand
1095  *      newhash  The hash structure for the new table
1096  *
1097  * Returns:
1098  *      Nothing
1099  *
1100  * Discussion:
1101  */
1102 static int
1103 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
1104 {
1105         uma_hash_slab_t slab;
1106         u_int hval;
1107         u_int idx;
1108
1109         if (!newhash->uh_slab_hash)
1110                 return (0);
1111
1112         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
1113                 return (0);
1114
1115         /*
1116          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
1117          * full rehash.
1118          */
1119
1120         for (idx = 0; idx < oldhash->uh_hashsize; idx++)
1121                 while (!LIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[idx])) {
1122                         slab = LIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[idx]);
1123                         LIST_REMOVE(slab, uhs_hlink);
1124                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->uhs_data);
1125                         LIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
1126                             slab, uhs_hlink);
1127                 }
1128
1129         return (1);
1130 }
1131
1132 /*
1133  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
1134  *
1135  * Arguments:
1136  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
1137  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
1138  *
1139  * Returns:
1140  *      Nothing
1141  */
1142 static void
1143 hash_free(struct uma_hash *hash)
1144 {
1145         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
1146                 return;
1147         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
1148                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
1149         else
1150                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
1151 }
1152
1153 /*
1154  * Frees all outstanding items in a bucket
1155  *
1156  * Arguments:
1157  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
1158  *      bucket The free/alloc bucket with items.
1159  *
1160  * Returns:
1161  *      Nothing
1162  */
1163 static void
1164 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
1165 {
1166         int i;
1167
1168         if (bucket->ub_cnt == 0)
1169                 return;
1170
1171         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 &&
1172             bucket->ub_seq != SMR_SEQ_INVALID) {
1173                 smr_wait(zone->uz_smr, bucket->ub_seq);
1174                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
1175                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1176                         item_dtor(zone, bucket->ub_bucket[i],
1177                             zone->uz_size, NULL, SKIP_NONE);
1178         }
1179         if (zone->uz_fini)
1180                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
1181                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
1182         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
1183         if (zone->uz_max_items > 0)
1184                 zone_free_limit(zone, bucket->ub_cnt);
1185 #ifdef INVARIANTS
1186         bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * bucket->ub_cnt);
1187 #endif
1188         bucket->ub_cnt = 0;
1189 }
1190
1191 /*
1192  * Drains the per cpu caches for a zone.
1193  *
1194  * NOTE: This may only be called while the zone is being torn down, and not
1195  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
1196  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
1197  *
1198  * Arguments:
1199  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
1200  *
1201  * Returns:
1202  *      Nothing
1203  */
1204 static void
1205 cache_drain(uma_zone_t zone)
1206 {
1207         uma_cache_t cache;
1208         uma_bucket_t bucket;
1209         smr_seq_t seq;
1210         int cpu;
1211
1212         /*
1213          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
1214          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
1215          * of the caches at this point.
1216          *
1217          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
1218          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
1219          */
1220         seq = SMR_SEQ_INVALID;
1221         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
1222                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
1223         CPU_FOREACH(cpu) {
1224                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
1225                 bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1226                 if (bucket != NULL)
1227                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1228                 bucket = cache_bucket_unload_free(cache);
1229                 if (bucket != NULL) {
1230                         bucket->ub_seq = seq;
1231                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1232                 }
1233                 bucket = cache_bucket_unload_cross(cache);
1234                 if (bucket != NULL) {
1235                         bucket->ub_seq = seq;
1236                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1237                 }
1238         }
1239         bucket_cache_reclaim(zone, true);
1240 }
1241
1242 static void
1243 cache_shrink(uma_zone_t zone, void *unused)
1244 {
1245
1246         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1247                 return;
1248
1249         zone->uz_bucket_size =
1250             (zone->uz_bucket_size_min + zone->uz_bucket_size) / 2;
1251 }
1252
1253 static void
1254 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone, void *unused)
1255 {
1256         uma_cache_t cache;
1257         uma_bucket_t b1, b2, b3;
1258         int domain;
1259
1260         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1261                 return;
1262
1263         b1 = b2 = b3 = NULL;
1264         critical_enter();
1265         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
1266         domain = PCPU_GET(domain);
1267         b1 = cache_bucket_unload_alloc(cache);
1268
1269         /*
1270          * Don't flush SMR zone buckets.  This leaves the zone without a
1271          * bucket and forces every free to synchronize().
1272          */
1273         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0) {
1274                 b2 = cache_bucket_unload_free(cache);
1275                 b3 = cache_bucket_unload_cross(cache);
1276         }
1277         critical_exit();
1278
1279         if (b1 != NULL)
1280                 zone_free_bucket(zone, b1, NULL, domain, false);
1281         if (b2 != NULL)
1282                 zone_free_bucket(zone, b2, NULL, domain, false);
1283         if (b3 != NULL) {
1284                 /* Adjust the domain so it goes to zone_free_cross. */
1285                 domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
1286                 zone_free_bucket(zone, b3, NULL, domain, false);
1287         }
1288 }
1289
1290 /*
1291  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
1292  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
1293  * one by one and enter a critical section on each of them in order
1294  * to safely access their cache buckets.
1295  * Zone lock must not be held on call this function.
1296  */
1297 static void
1298 pcpu_cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
1299 {
1300         int cpu;
1301
1302         /*
1303          * Polite bucket sizes shrinking was not enough, shrink aggressively.
1304          */
1305         if (zone)
1306                 cache_shrink(zone, NULL);
1307         else
1308                 zone_foreach(cache_shrink, NULL);
1309
1310         CPU_FOREACH(cpu) {
1311                 thread_lock(curthread);
1312                 sched_bind(curthread, cpu);
1313                 thread_unlock(curthread);
1314
1315                 if (zone)
1316                         cache_drain_safe_cpu(zone, NULL);
1317                 else
1318                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu, NULL);
1319         }
1320         thread_lock(curthread);
1321         sched_unbind(curthread);
1322         thread_unlock(curthread);
1323 }
1324
1325 /*
1326  * Reclaim cached buckets from a zone.  All buckets are reclaimed if the caller
1327  * requested a drain, otherwise the per-domain caches are trimmed to either
1328  * estimated working set size.
1329  */
1330 static void
1331 bucket_cache_reclaim(uma_zone_t zone, bool drain)
1332 {
1333         uma_zone_domain_t zdom;
1334         uma_bucket_t bucket;
1335         long target;
1336         int i;
1337
1338         /*
1339          * Shrink the zone bucket size to ensure that the per-CPU caches
1340          * don't grow too large.
1341          */
1342         if (zone->uz_bucket_size > zone->uz_bucket_size_min)
1343                 zone->uz_bucket_size--;
1344
1345         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
1346                 /*
1347                  * The cross bucket is partially filled and not part of
1348                  * the item count.  Reclaim it individually here.
1349                  */
1350                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
1351                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 || drain) {
1352                         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
1353                         bucket = zdom->uzd_cross;
1354                         zdom->uzd_cross = NULL;
1355                         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
1356                         if (bucket != NULL)
1357                                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
1358                 }
1359
1360                 /*
1361                  * If we were asked to drain the zone, we are done only once
1362                  * this bucket cache is empty.  Otherwise, we reclaim items in
1363                  * excess of the zone's estimated working set size.  If the
1364                  * difference nitems - imin is larger than the WSS estimate,
1365                  * then the estimate will grow at the end of this interval and
1366                  * we ignore the historical average.
1367                  */
1368                 ZDOM_LOCK(zdom);
1369                 target = drain ? 0 : lmax(zdom->uzd_wss, zdom->uzd_nitems -
1370                     zdom->uzd_imin);
1371                 while (zdom->uzd_nitems > target) {
1372                         bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, true);
1373                         if (bucket == NULL)
1374                                 break;
1375                         bucket_free(zone, bucket, NULL);
1376                         ZDOM_LOCK(zdom);
1377                 }
1378                 ZDOM_UNLOCK(zdom);
1379         }
1380 }
1381
1382 static void
1383 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
1384 {
1385         uint8_t *mem;
1386         int i;
1387         uint8_t flags;
1388
1389         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
1390             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1391
1392         mem = slab_data(slab, keg);
1393         flags = slab->us_flags;
1394         i = start;
1395         if (keg->uk_fini != NULL) {
1396                 for (i--; i > -1; i--)
1397 #ifdef INVARIANTS
1398                 /*
1399                  * trash_fini implies that dtor was trash_dtor. trash_fini
1400                  * would check that memory hasn't been modified since free,
1401                  * which executed trash_dtor.
1402                  * That's why we need to run uma_dbg_kskip() check here,
1403                  * albeit we don't make skip check for other init/fini
1404                  * invocations.
1405                  */
1406                 if (!uma_dbg_kskip(keg, slab_item(slab, keg, i)) ||
1407                     keg->uk_fini != trash_fini)
1408 #endif
1409                         keg->uk_fini(slab_item(slab, keg, i), keg->uk_size);
1410         }
1411         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1412                 zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers), slab_tohashslab(slab),
1413                     NULL, SKIP_NONE);
1414         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
1415         uma_total_dec(PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
1416 }
1417
1418 static void
1419 keg_drain_domain(uma_keg_t keg, int domain)
1420 {
1421         struct slabhead freeslabs;
1422         uma_domain_t dom;
1423         uma_slab_t slab, tmp;
1424         uint32_t i, stofree, stokeep, partial;
1425
1426         dom = &keg->uk_domain[domain];
1427         LIST_INIT(&freeslabs);
1428
1429         CTR4(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) domain %d free items: %u",
1430             keg->uk_name, keg, domain, dom->ud_free_items);
1431
1432         KEG_LOCK(keg, domain);
1433
1434         /*
1435          * Are the free items in partially allocated slabs sufficient to meet
1436          * the reserve? If not, compute the number of fully free slabs that must
1437          * be kept.
1438          */
1439         partial = dom->ud_free_items - dom->ud_free_slabs * keg->uk_ipers;
1440         if (partial < keg->uk_reserve) {
1441                 stokeep = min(dom->ud_free_slabs,
1442                     howmany(keg->uk_reserve - partial, keg->uk_ipers));
1443         } else {
1444                 stokeep = 0;
1445         }
1446         stofree = dom->ud_free_slabs - stokeep;
1447
1448         /*
1449          * Partition the free slabs into two sets: those that must be kept in
1450          * order to maintain the reserve, and those that may be released back to
1451          * the system.  Since one set may be much larger than the other,
1452          * populate the smaller of the two sets and swap them if necessary.
1453          */
1454         for (i = min(stofree, stokeep); i > 0; i--) {
1455                 slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab);
1456                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
1457                 LIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_link);
1458         }
1459         if (stofree > stokeep)
1460                 LIST_SWAP(&freeslabs, &dom->ud_free_slab, uma_slab, us_link);
1461
1462         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0) {
1463                 LIST_FOREACH(slab, &freeslabs, us_link)
1464                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab);
1465         }
1466         dom->ud_free_items -= stofree * keg->uk_ipers;
1467         dom->ud_free_slabs -= stofree;
1468         dom->ud_pages -= stofree * keg->uk_ppera;
1469         KEG_UNLOCK(keg, domain);
1470
1471         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &freeslabs, us_link, tmp)
1472                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
1473 }
1474
1475 /*
1476  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
1477  * the pageout daemon.
1478  *
1479  * Returns nothing.
1480  */
1481 static void
1482 keg_drain(uma_keg_t keg)
1483 {
1484         int i;
1485
1486         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE) != 0)
1487                 return;
1488         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
1489                 keg_drain_domain(keg, i);
1490 }
1491
1492 static void
1493 zone_reclaim(uma_zone_t zone, int waitok, bool drain)
1494 {
1495
1496         /*
1497          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
1498          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
1499          * is the only call that knows the structure will still be available
1500          * when it wakes up.
1501          */
1502         ZONE_LOCK(zone);
1503         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_RECLAIMING) {
1504                 if (waitok == M_NOWAIT)
1505                         goto out;
1506                 msleep(zone, &ZDOM_GET(zone, 0)->uzd_lock, PVM, "zonedrain",
1507                     1);
1508         }
1509         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_RECLAIMING;
1510         ZONE_UNLOCK(zone);
1511         bucket_cache_reclaim(zone, drain);
1512
1513         /*
1514          * The DRAINING flag protects us from being freed while
1515          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
1516          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
1517          */
1518         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0)
1519                 keg_drain(zone->uz_keg);
1520         ZONE_LOCK(zone);
1521         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_RECLAIMING;
1522         wakeup(zone);
1523 out:
1524         ZONE_UNLOCK(zone);
1525 }
1526
1527 static void
1528 zone_drain(uma_zone_t zone, void *unused)
1529 {
1530
1531         zone_reclaim(zone, M_NOWAIT, true);
1532 }
1533
1534 static void
1535 zone_trim(uma_zone_t zone, void *unused)
1536 {
1537
1538         zone_reclaim(zone, M_NOWAIT, false);
1539 }
1540
1541 /*
1542  * Allocate a new slab for a keg and inserts it into the partial slab list.
1543  * The keg should be unlocked on entry.  If the allocation succeeds it will
1544  * be locked on return.
1545  *
1546  * Arguments:
1547  *      flags   Wait flags for the item initialization routine
1548  *      aflags  Wait flags for the slab allocation
1549  *
1550  * Returns:
1551  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
1552  *      caller specified M_NOWAIT.
1553  */
1554 static uma_slab_t
1555 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int domain, int flags,
1556     int aflags)
1557 {
1558         uma_domain_t dom;
1559         uma_alloc allocf;
1560         uma_slab_t slab;
1561         unsigned long size;
1562         uint8_t *mem;
1563         uint8_t sflags;
1564         int i;
1565
1566         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
1567             ("keg_alloc_slab: domain %d out of range", domain));
1568
1569         allocf = keg->uk_allocf;
1570         slab = NULL;
1571         mem = NULL;
1572         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) {
1573                 uma_hash_slab_t hslab;
1574                 hslab = zone_alloc_item(slabzone(keg->uk_ipers), NULL,
1575                     domain, aflags);
1576                 if (hslab == NULL)
1577                         goto fail;
1578                 slab = &hslab->uhs_slab;
1579         }
1580
1581         /*
1582          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
1583          * first time they are added to a zone.
1584          *
1585          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
1586          */
1587
1588         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
1589                 aflags |= M_ZERO;
1590         else
1591                 aflags &= ~M_ZERO;
1592
1593         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
1594                 aflags |= M_NODUMP;
1595
1596         /* zone is passed for legacy reasons. */
1597         size = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1598         mem = allocf(zone, size, domain, &sflags, aflags);
1599         if (mem == NULL) {
1600                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)
1601                         zone_free_item(slabzone(keg->uk_ipers),
1602                             slab_tohashslab(slab), NULL, SKIP_NONE);
1603                 goto fail;
1604         }
1605         uma_total_inc(size);
1606
1607         /* For HASH zones all pages go to the same uma_domain. */
1608         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
1609                 domain = 0;
1610
1611         /* Point the slab into the allocated memory */
1612         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE))
1613                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
1614         else
1615                 slab_tohashslab(slab)->uhs_data = mem;
1616
1617         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
1618                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
1619                         vsetzoneslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE),
1620                             zone, slab);
1621
1622         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1623         slab->us_flags = sflags;
1624         slab->us_domain = domain;
1625
1626         BIT_FILL(keg->uk_ipers, &slab->us_free);
1627 #ifdef INVARIANTS
1628         BIT_ZERO(keg->uk_ipers, slab_dbg_bits(slab, keg));
1629 #endif
1630
1631         if (keg->uk_init != NULL) {
1632                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1633                         if (keg->uk_init(slab_item(slab, keg, i),
1634                             keg->uk_size, flags) != 0)
1635                                 break;
1636                 if (i != keg->uk_ipers) {
1637                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1638                         goto fail;
1639                 }
1640         }
1641         KEG_LOCK(keg, domain);
1642
1643         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1644             slab, keg->uk_name, keg);
1645
1646         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
1647                 UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1648
1649         /*
1650          * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
1651          * and return.  We assume that the caller is going to remove
1652          * at least one item.
1653          */
1654         dom = &keg->uk_domain[domain];
1655         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
1656         dom->ud_pages += keg->uk_ppera;
1657         dom->ud_free_items += keg->uk_ipers;
1658
1659         return (slab);
1660
1661 fail:
1662         return (NULL);
1663 }
1664
1665 /*
1666  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1667  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1668  * the VM is ready.
1669  */
1670 static void *
1671 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1672     int wait)
1673 {
1674         vm_paddr_t pa;
1675         vm_page_t m;
1676         void *mem;
1677         int pages;
1678         int i;
1679
1680         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1681         KASSERT(pages > 0, ("%s can't reserve 0 pages", __func__));
1682
1683         *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1684         m = vm_page_alloc_contig_domain(NULL, 0, domain,
1685             malloc2vm_flags(wait) | VM_ALLOC_NOOBJ | VM_ALLOC_WIRED, pages,
1686             (vm_paddr_t)0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT);
1687         if (m == NULL)
1688                 return (NULL);
1689
1690         pa = VM_PAGE_TO_PHYS(m);
1691         for (i = 0; i < pages; i++, pa += PAGE_SIZE) {
1692 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1693     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1694                 if ((wait & M_NODUMP) == 0)
1695                         dump_add_page(pa);
1696 #endif
1697         }
1698         /* Allocate KVA and indirectly advance bootmem. */
1699         mem = (void *)pmap_map(&bootmem, m->phys_addr,
1700             m->phys_addr + (pages * PAGE_SIZE), VM_PROT_READ | VM_PROT_WRITE);
1701         if ((wait & M_ZERO) != 0)
1702                 bzero(mem, pages * PAGE_SIZE);
1703
1704         return (mem);
1705 }
1706
1707 static void
1708 startup_free(void *mem, vm_size_t bytes)
1709 {
1710         vm_offset_t va;
1711         vm_page_t m;
1712
1713         va = (vm_offset_t)mem;
1714         m = PHYS_TO_VM_PAGE(pmap_kextract(va));
1715         pmap_remove(kernel_pmap, va, va + bytes);
1716         for (; bytes != 0; bytes -= PAGE_SIZE, m++) {
1717 #if defined(__aarch64__) || defined(__amd64__) || defined(__mips__) || \
1718     defined(__riscv) || defined(__powerpc64__)
1719                 dump_drop_page(VM_PAGE_TO_PHYS(m));
1720 #endif
1721                 vm_page_unwire_noq(m);
1722                 vm_page_free(m);
1723         }
1724 }
1725
1726 /*
1727  * Allocates a number of pages from the system
1728  *
1729  * Arguments:
1730  *      bytes  The number of bytes requested
1731  *      wait  Shall we wait?
1732  *
1733  * Returns:
1734  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1735  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1736  */
1737 static void *
1738 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1739     int wait)
1740 {
1741         void *p;        /* Returned page */
1742
1743         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1744         p = (void *)kmem_malloc_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain), bytes, wait);
1745
1746         return (p);
1747 }
1748
1749 static void *
1750 pcpu_page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1751     int wait)
1752 {
1753         struct pglist alloctail;
1754         vm_offset_t addr, zkva;
1755         int cpu, flags;
1756         vm_page_t p, p_next;
1757 #ifdef NUMA
1758         struct pcpu *pc;
1759 #endif
1760
1761         MPASS(bytes == (mp_maxid + 1) * PAGE_SIZE);
1762
1763         TAILQ_INIT(&alloctail);
1764         flags = VM_ALLOC_SYSTEM | VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1765             malloc2vm_flags(wait);
1766         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1767         for (cpu = 0; cpu <= mp_maxid; cpu++) {
1768                 if (CPU_ABSENT(cpu)) {
1769                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1770                 } else {
1771 #ifndef NUMA
1772                         p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1773 #else
1774                         pc = pcpu_find(cpu);
1775                         if (__predict_false(VM_DOMAIN_EMPTY(pc->pc_domain)))
1776                                 p = NULL;
1777                         else
1778                                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0,
1779                                     pc->pc_domain, flags);
1780                         if (__predict_false(p == NULL))
1781                                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, flags);
1782 #endif
1783                 }
1784                 if (__predict_false(p == NULL))
1785                         goto fail;
1786                 TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1787         }
1788         if ((addr = kva_alloc(bytes)) == 0)
1789                 goto fail;
1790         zkva = addr;
1791         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1792                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1793                 zkva += PAGE_SIZE;
1794         }
1795         return ((void*)addr);
1796 fail:
1797         TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1798                 vm_page_unwire_noq(p);
1799                 vm_page_free(p);
1800         }
1801         return (NULL);
1802 }
1803
1804 /*
1805  * Allocates a number of pages from within an object
1806  *
1807  * Arguments:
1808  *      bytes  The number of bytes requested
1809  *      wait   Shall we wait?
1810  *
1811  * Returns:
1812  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1813  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1814  */
1815 static void *
1816 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *flags,
1817     int wait)
1818 {
1819         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1820         u_long npages;
1821         vm_offset_t retkva, zkva;
1822         vm_page_t p, p_next;
1823         uma_keg_t keg;
1824
1825         TAILQ_INIT(&alloctail);
1826         keg = zone->uz_keg;
1827
1828         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1829         while (npages > 0) {
1830                 p = vm_page_alloc_domain(NULL, 0, domain, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1831                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1832                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1833                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1834                 if (p != NULL) {
1835                         /*
1836                          * Since the page does not belong to an object, its
1837                          * listq is unused.
1838                          */
1839                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1840                         npages--;
1841                         continue;
1842                 }
1843                 /*
1844                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1845                  * exit.
1846                  */
1847                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1848                         vm_page_unwire_noq(p);
1849                         vm_page_free(p);
1850                 }
1851                 return (NULL);
1852         }
1853         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1854         zkva = keg->uk_kva +
1855             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1856         retkva = zkva;
1857         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1858                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1859                 zkva += PAGE_SIZE;
1860         }
1861
1862         return ((void *)retkva);
1863 }
1864
1865 /*
1866  * Allocate physically contiguous pages.
1867  */
1868 static void *
1869 contig_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, int domain, uint8_t *pflag,
1870     int wait)
1871 {
1872
1873         *pflag = UMA_SLAB_KERNEL;
1874         return ((void *)kmem_alloc_contig_domainset(DOMAINSET_FIXED(domain),
1875             bytes, wait, 0, ~(vm_paddr_t)0, 1, 0, VM_MEMATTR_DEFAULT));
1876 }
1877
1878 /*
1879  * Frees a number of pages to the system
1880  *
1881  * Arguments:
1882  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1883  *      size  The size of the memory being freed
1884  *      flags The original p->us_flags field
1885  *
1886  * Returns:
1887  *      Nothing
1888  */
1889 static void
1890 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1891 {
1892
1893         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1894                 startup_free(mem, size);
1895                 return;
1896         }
1897
1898         KASSERT((flags & UMA_SLAB_KERNEL) != 0,
1899             ("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags));
1900
1901         kmem_free((vm_offset_t)mem, size);
1902 }
1903
1904 /*
1905  * Frees pcpu zone allocations
1906  *
1907  * Arguments:
1908  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1909  *      size  The size of the memory being freed
1910  *      flags The original p->us_flags field
1911  *
1912  * Returns:
1913  *      Nothing
1914  */
1915 static void
1916 pcpu_page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1917 {
1918         vm_offset_t sva, curva;
1919         vm_paddr_t paddr;
1920         vm_page_t m;
1921
1922         MPASS(size == (mp_maxid+1)*PAGE_SIZE);
1923
1924         if ((flags & UMA_SLAB_BOOT) != 0) {
1925                 startup_free(mem, size);
1926                 return;
1927         }
1928
1929         sva = (vm_offset_t)mem;
1930         for (curva = sva; curva < sva + size; curva += PAGE_SIZE) {
1931                 paddr = pmap_kextract(curva);
1932                 m = PHYS_TO_VM_PAGE(paddr);
1933                 vm_page_unwire_noq(m);
1934                 vm_page_free(m);
1935         }
1936         pmap_qremove(sva, size >> PAGE_SHIFT);
1937         kva_free(sva, size);
1938 }
1939
1940 /*
1941  * Zero fill initializer
1942  *
1943  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1944  */
1945 static int
1946 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1947 {
1948         bzero(mem, size);
1949         return (0);
1950 }
1951
1952 #ifdef INVARIANTS
1953 static struct noslabbits *
1954 slab_dbg_bits(uma_slab_t slab, uma_keg_t keg)
1955 {
1956
1957         return ((void *)((char *)&slab->us_free + BITSET_SIZE(keg->uk_ipers)));
1958 }
1959 #endif
1960
1961 /*
1962  * Actual size of embedded struct slab (!OFFPAGE).
1963  */
1964 static size_t
1965 slab_sizeof(int nitems)
1966 {
1967         size_t s;
1968
1969         s = sizeof(struct uma_slab) + BITSET_SIZE(nitems) * SLAB_BITSETS;
1970         return (roundup(s, UMA_ALIGN_PTR + 1));
1971 }
1972
1973 #define UMA_FIXPT_SHIFT 31
1974 #define UMA_FRAC_FIXPT(n, d)                                            \
1975         ((uint32_t)(((uint64_t)(n) << UMA_FIXPT_SHIFT) / (d)))
1976 #define UMA_FIXPT_PCT(f)                                                \
1977         ((u_int)(((uint64_t)100 * (f)) >> UMA_FIXPT_SHIFT))
1978 #define UMA_PCT_FIXPT(pct)      UMA_FRAC_FIXPT((pct), 100)
1979 #define UMA_MIN_EFF     UMA_PCT_FIXPT(100 - UMA_MAX_WASTE)
1980
1981 /*
1982  * Compute the number of items that will fit in a slab.  If hdr is true, the
1983  * item count may be limited to provide space in the slab for an inline slab
1984  * header.  Otherwise, all slab space will be provided for item storage.
1985  */
1986 static u_int
1987 slab_ipers_hdr(u_int size, u_int rsize, u_int slabsize, bool hdr)
1988 {
1989         u_int ipers;
1990         u_int padpi;
1991
1992         /* The padding between items is not needed after the last item. */
1993         padpi = rsize - size;
1994
1995         if (hdr) {
1996                 /*
1997                  * Start with the maximum item count and remove items until
1998                  * the slab header first alongside the allocatable memory.
1999                  */
2000                 for (ipers = MIN(SLAB_MAX_SETSIZE,
2001                     (slabsize + padpi - slab_sizeof(1)) / rsize);
2002                     ipers > 0 &&
2003                     ipers * rsize - padpi + slab_sizeof(ipers) > slabsize;
2004                     ipers--)
2005                         continue;
2006         } else {
2007                 ipers = MIN((slabsize + padpi) / rsize, SLAB_MAX_SETSIZE);
2008         }
2009
2010         return (ipers);
2011 }
2012
2013 struct keg_layout_result {
2014         u_int format;
2015         u_int slabsize;
2016         u_int ipers;
2017         u_int eff;
2018 };
2019
2020 static void
2021 keg_layout_one(uma_keg_t keg, u_int rsize, u_int slabsize, u_int fmt,
2022     struct keg_layout_result *kl)
2023 {
2024         u_int total;
2025
2026         kl->format = fmt;
2027         kl->slabsize = slabsize;
2028
2029         /* Handle INTERNAL as inline with an extra page. */
2030         if ((fmt & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0) {
2031                 kl->format &= ~UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2032                 kl->slabsize += PAGE_SIZE;
2033         }
2034
2035         kl->ipers = slab_ipers_hdr(keg->uk_size, rsize, kl->slabsize,
2036             (fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) == 0);
2037
2038         /* Account for memory used by an offpage slab header. */
2039         total = kl->slabsize;
2040         if ((fmt & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
2041                 total += slabzone(kl->ipers)->uz_keg->uk_rsize;
2042
2043         kl->eff = UMA_FRAC_FIXPT(kl->ipers * rsize, total);
2044 }
2045
2046 /*
2047  * Determine the format of a uma keg.  This determines where the slab header
2048  * will be placed (inline or offpage) and calculates ipers, rsize, and ppera.
2049  *
2050  * Arguments
2051  *      keg  The zone we should initialize
2052  *
2053  * Returns
2054  *      Nothing
2055  */
2056 static void
2057 keg_layout(uma_keg_t keg)
2058 {
2059         struct keg_layout_result kl = {}, kl_tmp;
2060         u_int fmts[2];
2061         u_int alignsize;
2062         u_int nfmt;
2063         u_int pages;
2064         u_int rsize;
2065         u_int slabsize;
2066         u_int i, j;
2067
2068         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
2069             (keg->uk_size <= UMA_PCPU_ALLOC_SIZE &&
2070              (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) == 0),
2071             ("%s: cannot configure for PCPU: keg=%s, size=%u, flags=0x%b",
2072              __func__, keg->uk_name, keg->uk_size, keg->uk_flags,
2073              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2074         KASSERT((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) == 0 ||
2075             (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0,
2076             ("%s: incompatible flags 0x%b", __func__, keg->uk_flags,
2077              PRINT_UMA_ZFLAGS));
2078
2079         alignsize = keg->uk_align + 1;
2080
2081         /*
2082          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
2083          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
2084          * allocation bits for we round it up.
2085          */
2086         rsize = MAX(keg->uk_size, UMA_SMALLEST_UNIT);
2087         rsize = roundup2(rsize, alignsize);
2088
2089         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) != 0) {
2090                 /*
2091                  * We want one item to start on every align boundary in a page.
2092                  * To do this we will span pages.  We will also extend the item
2093                  * by the size of align if it is an even multiple of align.
2094                  * Otherwise, it would fall on the same boundary every time.
2095                  */
2096                 if ((rsize & alignsize) == 0)
2097                         rsize += alignsize;
2098                 slabsize = rsize * (PAGE_SIZE / alignsize);
2099                 slabsize = MIN(slabsize, rsize * SLAB_MAX_SETSIZE);
2100                 slabsize = MIN(slabsize, UMA_CACHESPREAD_MAX_SIZE);
2101                 slabsize = round_page(slabsize);
2102         } else {
2103                 /*
2104                  * Start with a slab size of as many pages as it takes to
2105                  * represent a single item.  We will try to fit as many
2106                  * additional items into the slab as possible.
2107                  */
2108                 slabsize = round_page(keg->uk_size);
2109         }
2110
2111         /* Build a list of all of the available formats for this keg. */
2112         nfmt = 0;
2113
2114         /* Evaluate an inline slab layout. */
2115         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZONE_NOTOUCH | UMA_ZONE_PCPU)) == 0)
2116                 fmts[nfmt++] = 0;
2117
2118         /* TODO: vm_page-embedded slab. */
2119
2120         /*
2121          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
2122          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
2123          * may end up going to the VM for slabs which we do not want
2124          * to do if we're UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
2125          * In those cases, evaluate a pseudo-format called INTERNAL
2126          * which has an inline slab header and one extra page to
2127          * guarantee that it fits.
2128          *
2129          * Otherwise, see if using an OFFPAGE slab will improve our
2130          * efficiency.
2131          */
2132         if ((keg->uk_flags & (UMA_ZFLAG_INTERNAL | UMA_ZONE_VM)) != 0)
2133                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2134         else
2135                 fmts[nfmt++] = UMA_ZFLAG_OFFPAGE;
2136
2137         /*
2138          * Choose a slab size and format which satisfy the minimum efficiency.
2139          * Prefer the smallest slab size that meets the constraints.
2140          *
2141          * Start with a minimum slab size, to accommodate CACHESPREAD.  Then,
2142          * for small items (up to PAGE_SIZE), the iteration increment is one
2143          * page; and for large items, the increment is one item.
2144          */
2145         i = (slabsize + rsize - keg->uk_size) / MAX(PAGE_SIZE, rsize);
2146         KASSERT(i >= 1, ("keg %s(%p) flags=0x%b slabsize=%u, rsize=%u, i=%u",
2147             keg->uk_name, keg, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, slabsize,
2148             rsize, i));
2149         for ( ; ; i++) {
2150                 slabsize = (rsize <= PAGE_SIZE) ? ptoa(i) :
2151                     round_page(rsize * (i - 1) + keg->uk_size);
2152
2153                 for (j = 0; j < nfmt; j++) {
2154                         /* Only if we have no viable format yet. */
2155                         if ((fmts[j] & UMA_ZFLAG_INTERNAL) != 0 &&
2156                             kl.ipers > 0)
2157                                 continue;
2158
2159                         keg_layout_one(keg, rsize, slabsize, fmts[j], &kl_tmp);
2160                         if (kl_tmp.eff <= kl.eff)
2161                                 continue;
2162
2163                         kl = kl_tmp;
2164
2165                         CTR6(KTR_UMA, "keg %s layout: format %#x "
2166                             "(ipers %u * rsize %u) / slabsize %#x = %u%% eff",
2167                             keg->uk_name, kl.format, kl.ipers, rsize,
2168                             kl.slabsize, UMA_FIXPT_PCT(kl.eff));
2169
2170                         /* Stop when we reach the minimum efficiency. */
2171                         if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF)
2172                                 break;
2173                 }
2174
2175                 if (kl.eff >= UMA_MIN_EFF || !multipage_slabs ||
2176                     slabsize >= SLAB_MAX_SETSIZE * rsize ||
2177                     (keg->uk_flags & (UMA_ZONE_PCPU | UMA_ZONE_CONTIG)) != 0)
2178                         break;
2179         }
2180
2181         pages = atop(kl.slabsize);
2182         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
2183                 pages *= mp_maxid + 1;
2184
2185         keg->uk_rsize = rsize;
2186         keg->uk_ipers = kl.ipers;
2187         keg->uk_ppera = pages;
2188         keg->uk_flags |= kl.format;
2189
2190         /*
2191          * How do we find the slab header if it is offpage or if not all item
2192          * start addresses are in the same page?  We could solve the latter
2193          * case with vaddr alignment, but we don't.
2194          */
2195         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0 ||
2196             (keg->uk_ipers - 1) * rsize >= PAGE_SIZE) {
2197                 if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOTPAGE) != 0)
2198                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_HASH;
2199                 else
2200                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2201         }
2202
2203         CTR6(KTR_UMA, "%s: keg=%s, flags=%#x, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u",
2204             __func__, keg->uk_name, keg->uk_flags, rsize, keg->uk_ipers,
2205             pages);
2206         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_MAX_SETSIZE,
2207             ("%s: keg=%s, flags=0x%b, rsize=%u, ipers=%u, ppera=%u", __func__,
2208              keg->uk_name, keg->uk_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS, rsize,
2209              keg->uk_ipers, pages));
2210 }
2211
2212 /*
2213  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
2214  * the keg onto the global keg list.
2215  *
2216  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2217  *      udata  Actually uma_kctor_args
2218  */
2219 static int
2220 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2221 {
2222         struct uma_kctor_args *arg = udata;
2223         uma_keg_t keg = mem;
2224         uma_zone_t zone;
2225         int i;
2226
2227         bzero(keg, size);
2228         keg->uk_size = arg->size;
2229         keg->uk_init = arg->uminit;
2230         keg->uk_fini = arg->fini;
2231         keg->uk_align = arg->align;
2232         keg->uk_reserve = 0;
2233         keg->uk_flags = arg->flags;
2234
2235         /*
2236          * We use a global round-robin policy by default.  Zones with
2237          * UMA_ZONE_FIRSTTOUCH set will use first-touch instead, in which
2238          * case the iterator is never run.
2239          */
2240         keg->uk_dr.dr_policy = DOMAINSET_RR();
2241         keg->uk_dr.dr_iter = 0;
2242
2243         /*
2244          * The primary zone is passed to us at keg-creation time.
2245          */
2246         zone = arg->zone;
2247         keg->uk_name = zone->uz_name;
2248
2249         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
2250                 keg->uk_init = zero_init;
2251
2252         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2253                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_VTOSLAB;
2254
2255 #ifndef SMP
2256         keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
2257 #endif
2258
2259         keg_layout(keg);
2260
2261         /*
2262          * Use a first-touch NUMA policy for kegs that pmap_extract() will
2263          * work on.  Use round-robin for everything else.
2264          *
2265          * Zones may override the default by specifying either.
2266          */
2267 #ifdef NUMA
2268         if ((keg->uk_flags &
2269             (UMA_ZONE_ROUNDROBIN | UMA_ZFLAG_CACHE | UMA_ZONE_NOTPAGE)) == 0)
2270                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_FIRSTTOUCH;
2271         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2272                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2273 #endif
2274
2275         /*
2276          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
2277          * startup cache until the vm is ready.
2278          */
2279 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2280         if (keg->uk_ppera == 1)
2281                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
2282         else
2283 #endif
2284         if (booted < BOOT_KVA)
2285                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
2286         else if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2287                 keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2288         else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 && keg->uk_ppera > 1)
2289                 keg->uk_allocf = contig_alloc;
2290         else
2291                 keg->uk_allocf = page_alloc;
2292 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2293         if (keg->uk_ppera == 1)
2294                 keg->uk_freef = uma_small_free;
2295         else
2296 #endif
2297         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2298                 keg->uk_freef = pcpu_page_free;
2299         else
2300                 keg->uk_freef = page_free;
2301
2302         /*
2303          * Initialize keg's locks.
2304          */
2305         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2306                 KEG_LOCK_INIT(keg, i, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2307
2308         /*
2309          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
2310          * figure out where in each page it goes.  See slab_sizeof
2311          * definition.
2312          */
2313         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE)) {
2314                 size_t shsize;
2315
2316                 shsize = slab_sizeof(keg->uk_ipers);
2317                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - shsize;
2318                 /*
2319                  * The only way the following is possible is if with our
2320                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
2321                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
2322                  * mathematically possible for all cases, so we make
2323                  * sure here anyway.
2324                  */
2325                 KASSERT(keg->uk_pgoff + shsize <= PAGE_SIZE * keg->uk_ppera,
2326                     ("zone %s ipers %d rsize %d size %d slab won't fit",
2327                     zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize, keg->uk_size));
2328         }
2329
2330         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH)
2331                 hash_alloc(&keg->uk_hash, 0);
2332
2333         CTR3(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p)", keg, zone->uz_name, zone);
2334
2335         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
2336
2337         rw_wlock(&uma_rwlock);
2338         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
2339         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2340         return (0);
2341 }
2342
2343 static void
2344 zone_kva_available(uma_zone_t zone, void *unused)
2345 {
2346         uma_keg_t keg;
2347
2348         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
2349                 return;
2350         KEG_GET(zone, keg);
2351
2352         if (keg->uk_allocf == startup_alloc) {
2353                 /* Switch to the real allocator. */
2354                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU)
2355                         keg->uk_allocf = pcpu_page_alloc;
2356                 else if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_CONTIG) != 0 &&
2357                     keg->uk_ppera > 1)
2358                         keg->uk_allocf = contig_alloc;
2359                 else
2360                         keg->uk_allocf = page_alloc;
2361         }
2362 }
2363
2364 static void
2365 zone_alloc_counters(uma_zone_t zone, void *unused)
2366 {
2367
2368         zone->uz_allocs = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2369         zone->uz_frees = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2370         zone->uz_fails = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2371         zone->uz_xdomain = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2372 }
2373
2374 static void
2375 zone_alloc_sysctl(uma_zone_t zone, void *unused)
2376 {
2377         uma_zone_domain_t zdom;
2378         uma_domain_t dom;
2379         uma_keg_t keg;
2380         struct sysctl_oid *oid, *domainoid;
2381         int domains, i, cnt;
2382         static const char *nokeg = "cache zone";
2383         char *c;
2384
2385         /*
2386          * Make a sysctl safe copy of the zone name by removing
2387          * any special characters and handling dups by appending
2388          * an index.
2389          */
2390         if (zone->uz_namecnt != 0) {
2391                 /* Count the number of decimal digits and '_' separator. */
2392                 for (i = 1, cnt = zone->uz_namecnt; cnt != 0; i++)
2393                         cnt /= 10;
2394                 zone->uz_ctlname = malloc(strlen(zone->uz_name) + i + 1,
2395                     M_UMA, M_WAITOK);
2396                 sprintf(zone->uz_ctlname, "%s_%d", zone->uz_name,
2397                     zone->uz_namecnt);
2398         } else
2399                 zone->uz_ctlname = strdup(zone->uz_name, M_UMA);
2400         for (c = zone->uz_ctlname; *c != '\0'; c++)
2401                 if (strchr("./\\ -", *c) != NULL)
2402                         *c = '_';
2403
2404         /*
2405          * Basic parameters at the root.
2406          */
2407         zone->uz_oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_STATIC_CHILDREN(_vm_uma),
2408             OID_AUTO, zone->uz_ctlname, CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2409         oid = zone->uz_oid;
2410         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2411             "size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_size, 0, "Allocation size");
2412         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2413             "flags", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_STRING | CTLFLAG_MPSAFE,
2414             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_flags, "A",
2415             "Allocator configuration flags");
2416         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2417             "bucket_size", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size, 0,
2418             "Desired per-cpu cache size");
2419         SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2420             "bucket_size_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_size_max, 0,
2421             "Maximum allowed per-cpu cache size");
2422
2423         /*
2424          * keg if present.
2425          */
2426         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
2427                 domains = vm_ndomains;
2428         else
2429                 domains = 1;
2430         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2431             "keg", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2432         keg = zone->uz_keg;
2433         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) == 0) {
2434                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2435                     "name", CTLFLAG_RD, keg->uk_name, "Keg name");
2436                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2437                     "rsize", CTLFLAG_RD, &keg->uk_rsize, 0,
2438                     "Real object size with alignment");
2439                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2440                     "ppera", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ppera, 0,
2441                     "pages per-slab allocation");
2442                 SYSCTL_ADD_U16(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2443                     "ipers", CTLFLAG_RD, &keg->uk_ipers, 0,
2444                     "items available per-slab");
2445                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2446                     "align", CTLFLAG_RD, &keg->uk_align, 0,
2447                     "item alignment mask");
2448                 SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2449                     "reserve", CTLFLAG_RD, &keg->uk_reserve, 0,
2450                     "number of reserved items");
2451                 SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2452                     "efficiency", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2453                     keg, 0, sysctl_handle_uma_slab_efficiency, "I",
2454                     "Slab utilization (100 - internal fragmentation %)");
2455                 domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid),
2456                     OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2457                 for (i = 0; i < domains; i++) {
2458                         dom = &keg->uk_domain[i];
2459                         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2460                             OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2461                             CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2462                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2463                             "pages", CTLFLAG_RD, &dom->ud_pages, 0,
2464                             "Total pages currently allocated from VM");
2465                         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2466                             "free_items", CTLFLAG_RD, &dom->ud_free_items, 0,
2467                             "items free in the slab layer");
2468                 }
2469         } else
2470                 SYSCTL_ADD_CONST_STRING(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2471                     "name", CTLFLAG_RD, nokeg, "Keg name");
2472
2473         /*
2474          * Information about zone limits.
2475          */
2476         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2477             "limit", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2478         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2479             "items", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2480             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_items, "QU",
2481             "current number of allocated items if limit is set");
2482         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2483             "max_items", CTLFLAG_RD, &zone->uz_max_items, 0,
2484             "Maximum number of cached items");
2485         SYSCTL_ADD_U32(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2486             "sleepers", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleepers, 0,
2487             "Number of threads sleeping at limit");
2488         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2489             "sleeps", CTLFLAG_RD, &zone->uz_sleeps, 0,
2490             "Total zone limit sleeps");
2491         SYSCTL_ADD_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2492             "bucket_max", CTLFLAG_RD, &zone->uz_bucket_max, 0,
2493             "Maximum number of items in each domain's bucket cache");
2494
2495         /*
2496          * Per-domain zone information.
2497          */
2498         domainoid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid),
2499             OID_AUTO, "domain", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2500         for (i = 0; i < domains; i++) {
2501                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2502                 oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(domainoid),
2503                     OID_AUTO, VM_DOMAIN(i)->vmd_name,
2504                     CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2505                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2506                     "nitems", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_nitems,
2507                     "number of items in this domain");
2508                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2509                     "imax", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imax,
2510                     "maximum item count in this period");
2511                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2512                     "imin", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_imin,
2513                     "minimum item count in this period");
2514                 SYSCTL_ADD_LONG(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2515                     "wss", CTLFLAG_RD, &zdom->uzd_wss,
2516                     "Working set size");
2517         }
2518
2519         /*
2520          * General statistics.
2521          */
2522         oid = SYSCTL_ADD_NODE(NULL, SYSCTL_CHILDREN(zone->uz_oid), OID_AUTO,
2523             "stats", CTLFLAG_RD | CTLFLAG_MPSAFE, NULL, "");
2524         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2525             "current", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_INT | CTLFLAG_MPSAFE,
2526             zone, 1, sysctl_handle_uma_zone_cur, "I",
2527             "Current number of allocated items");
2528         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2529             "allocs", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2530             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_allocs, "QU",
2531             "Total allocation calls");
2532         SYSCTL_ADD_PROC(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2533             "frees", CTLFLAG_RD | CTLTYPE_U64 | CTLFLAG_MPSAFE,
2534             zone, 0, sysctl_handle_uma_zone_frees, "QU",
2535             "Total free calls");
2536         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2537             "fails", CTLFLAG_RD, &zone->uz_fails,
2538             "Number of allocation failures");
2539         SYSCTL_ADD_COUNTER_U64(NULL, SYSCTL_CHILDREN(oid), OID_AUTO,
2540             "xdomain", CTLFLAG_RD, &zone->uz_xdomain,
2541             "Free calls from the wrong domain");
2542 }
2543
2544 struct uma_zone_count {
2545         const char      *name;
2546         int             count;
2547 };
2548
2549 static void
2550 zone_count(uma_zone_t zone, void *arg)
2551 {
2552         struct uma_zone_count *cnt;
2553
2554         cnt = arg;
2555         /*
2556          * Some zones are rapidly created with identical names and
2557          * destroyed out of order.  This can lead to gaps in the count.
2558          * Use one greater than the maximum observed for this name.
2559          */
2560         if (strcmp(zone->uz_name, cnt->name) == 0)
2561                 cnt->count = MAX(cnt->count,
2562                     zone->uz_namecnt + 1);
2563 }
2564
2565 static void
2566 zone_update_caches(uma_zone_t zone)
2567 {
2568         int i;
2569
2570         for (i = 0; i <= mp_maxid; i++) {
2571                 cache_set_uz_size(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_size);
2572                 cache_set_uz_flags(&zone->uz_cpu[i], zone->uz_flags);
2573         }
2574 }
2575
2576 /*
2577  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
2578  *
2579  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
2580  *      udata  Actually uma_zctor_args
2581  */
2582 static int
2583 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
2584 {
2585         struct uma_zone_count cnt;
2586         struct uma_zctor_args *arg = udata;
2587         uma_zone_domain_t zdom;
2588         uma_zone_t zone = mem;
2589         uma_zone_t z;
2590         uma_keg_t keg;
2591         int i;
2592
2593         bzero(zone, size);
2594         zone->uz_name = arg->name;
2595         zone->uz_ctor = arg->ctor;
2596         zone->uz_dtor = arg->dtor;
2597         zone->uz_init = NULL;
2598         zone->uz_fini = NULL;
2599         zone->uz_sleeps = 0;
2600         zone->uz_bucket_size = 0;
2601         zone->uz_bucket_size_min = 0;
2602         zone->uz_bucket_size_max = BUCKET_MAX;
2603         zone->uz_flags = (arg->flags & UMA_ZONE_SMR);
2604         zone->uz_warning = NULL;
2605         /* The domain structures follow the cpu structures. */
2606         zone->uz_bucket_max = ULONG_MAX;
2607         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
2608
2609         /* Count the number of duplicate names. */
2610         cnt.name = arg->name;
2611         cnt.count = 0;
2612         zone_foreach(zone_count, &cnt);
2613         zone->uz_namecnt = cnt.count;
2614         ZONE_CROSS_LOCK_INIT(zone);
2615
2616         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2617                 zdom = ZDOM_GET(zone, i);
2618                 ZDOM_LOCK_INIT(zone, zdom, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
2619                 STAILQ_INIT(&zdom->uzd_buckets);
2620         }
2621
2622 #ifdef INVARIANTS
2623         if (arg->uminit == trash_init && arg->fini == trash_fini)
2624                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_TRASH | UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2625 #endif
2626
2627         /*
2628          * This is a pure cache zone, no kegs.
2629          */
2630         if (arg->import) {
2631                 KASSERT((arg->flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0,
2632                     ("zone_ctor: Import specified for non-cache zone."));
2633                 zone->uz_flags = arg->flags;
2634                 zone->uz_size = arg->size;
2635                 zone->uz_import = arg->import;
2636                 zone->uz_release = arg->release;
2637                 zone->uz_arg = arg->arg;
2638 #ifdef NUMA
2639                 /*
2640                  * Cache zones are round-robin unless a policy is
2641                  * specified because they may have incompatible
2642                  * constraints.
2643                  */
2644                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0)
2645                         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_ROUNDROBIN;
2646 #endif
2647                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2648                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
2649                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2650                 goto out;
2651         }
2652
2653         /*
2654          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
2655          */
2656         zone->uz_import = zone_import;
2657         zone->uz_release = zone_release;
2658         zone->uz_arg = zone;
2659         keg = arg->keg;
2660
2661         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
2662                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
2663                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
2664                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
2665                 zone->uz_init = arg->uminit;
2666                 zone->uz_fini = arg->fini;
2667                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
2668                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2669                 ZONE_LOCK(zone);
2670                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
2671                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
2672                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
2673                                 break;
2674                         }
2675                 }
2676                 ZONE_UNLOCK(zone);
2677                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2678         } else if (keg == NULL) {
2679                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
2680                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
2681                         return (ENOMEM);
2682         } else {
2683                 struct uma_kctor_args karg;
2684                 int error;
2685
2686                 /* We should only be here from uma_startup() */
2687                 karg.size = arg->size;
2688                 karg.uminit = arg->uminit;
2689                 karg.fini = arg->fini;
2690                 karg.align = arg->align;
2691                 karg.flags = (arg->flags & ~UMA_ZONE_SMR);
2692                 karg.zone = zone;
2693                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
2694                     flags);
2695                 if (error)
2696                         return (error);
2697         }
2698
2699         /* Inherit properties from the keg. */
2700         zone->uz_keg = keg;
2701         zone->uz_size = keg->uk_size;
2702         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
2703             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
2704
2705 out:
2706         if (booted >= BOOT_PCPU) {
2707                 zone_alloc_counters(zone, NULL);
2708                 if (booted >= BOOT_RUNNING)
2709                         zone_alloc_sysctl(zone, NULL);
2710         } else {
2711                 zone->uz_allocs = EARLY_COUNTER;
2712                 zone->uz_frees = EARLY_COUNTER;
2713                 zone->uz_fails = EARLY_COUNTER;
2714         }
2715
2716         /* Caller requests a private SMR context. */
2717         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
2718                 zone->uz_smr = smr_create(zone->uz_name, 0, 0);
2719
2720         KASSERT((arg->flags & (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET)) !=
2721             (UMA_ZONE_MAXBUCKET | UMA_ZONE_NOBUCKET),
2722             ("Invalid zone flag combination"));
2723         if (arg->flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
2724                 zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = 0;
2725         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) != 0)
2726                 zone->uz_bucket_size = BUCKET_MAX;
2727         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_MINBUCKET) != 0)
2728                 zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = BUCKET_MIN;
2729         else if ((arg->flags & UMA_ZONE_NOBUCKET) != 0)
2730                 zone->uz_bucket_size = 0;
2731         else
2732                 zone->uz_bucket_size = bucket_select(zone->uz_size);
2733         zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size;
2734         if (zone->uz_dtor != NULL || zone->uz_ctor != NULL)
2735                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_CTORDTOR;
2736         zone_update_caches(zone);
2737
2738         return (0);
2739 }
2740
2741 /*
2742  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
2743  * table and removes the keg from the global list.
2744  *
2745  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2746  *      udata  unused
2747  */
2748 static void
2749 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2750 {
2751         uma_keg_t keg;
2752         uint32_t free, pages;
2753         int i;
2754
2755         keg = (uma_keg_t)arg;
2756         free = pages = 0;
2757         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
2758                 free += keg->uk_domain[i].ud_free_items;
2759                 pages += keg->uk_domain[i].ud_pages;
2760                 KEG_LOCK_FINI(keg, i);
2761         }
2762         if (pages != 0)
2763                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%u items). "
2764                     " Lost %u pages of memory.\n",
2765                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
2766                     pages / keg->uk_ppera * keg->uk_ipers - free, pages);
2767
2768         hash_free(&keg->uk_hash);
2769 }
2770
2771 /*
2772  * Zone header dtor.
2773  *
2774  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
2775  *      udata  unused
2776  */
2777 static void
2778 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
2779 {
2780         uma_zone_t zone;
2781         uma_keg_t keg;
2782         int i;
2783
2784         zone = (uma_zone_t)arg;
2785
2786         sysctl_remove_oid(zone->uz_oid, 1, 1);
2787
2788         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
2789                 cache_drain(zone);
2790
2791         rw_wlock(&uma_rwlock);
2792         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
2793         rw_wunlock(&uma_rwlock);
2794         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2795                 keg = zone->uz_keg;
2796                 keg->uk_reserve = 0;
2797         }
2798         zone_reclaim(zone, M_WAITOK, true);
2799
2800         /*
2801          * We only destroy kegs from non secondary/non cache zones.
2802          */
2803         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_SECONDARY | UMA_ZFLAG_CACHE)) == 0) {
2804                 keg = zone->uz_keg;
2805                 rw_wlock(&uma_rwlock);
2806                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
2807                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
2808                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
2809         }
2810         counter_u64_free(zone->uz_allocs);
2811         counter_u64_free(zone->uz_frees);
2812         counter_u64_free(zone->uz_fails);
2813         counter_u64_free(zone->uz_xdomain);
2814         free(zone->uz_ctlname, M_UMA);
2815         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
2816                 ZDOM_LOCK_FINI(ZDOM_GET(zone, i));
2817         ZONE_CROSS_LOCK_FINI(zone);
2818 }
2819
2820 static void
2821 zone_foreach_unlocked(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2822 {
2823         uma_keg_t keg;
2824         uma_zone_t zone;
2825
2826         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
2827                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
2828                         zfunc(zone, arg);
2829         }
2830         LIST_FOREACH(zone, &uma_cachezones, uz_link)
2831                 zfunc(zone, arg);
2832 }
2833
2834 /*
2835  * Traverses every zone in the system and calls a callback
2836  *
2837  * Arguments:
2838  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
2839  *              as an argument.
2840  *
2841  * Returns:
2842  *      Nothing
2843  */
2844 static void
2845 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t, void *arg), void *arg)
2846 {
2847
2848         rw_rlock(&uma_rwlock);
2849         zone_foreach_unlocked(zfunc, arg);
2850         rw_runlock(&uma_rwlock);
2851 }
2852
2853 /*
2854  * Initialize the kernel memory allocator.  This is done after pages can be
2855  * allocated but before general KVA is available.
2856  */
2857 void
2858 uma_startup1(vm_offset_t virtual_avail)
2859 {
2860         struct uma_zctor_args args;
2861         size_t ksize, zsize, size;
2862         uma_keg_t primarykeg;
2863         uintptr_t m;
2864         int domain;
2865         uint8_t pflag;
2866
2867         bootstart = bootmem = virtual_avail;
2868
2869         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
2870         sx_init(&uma_reclaim_lock, "umareclaim");
2871
2872         ksize = sizeof(struct uma_keg) +
2873             (sizeof(struct uma_domain) * vm_ndomains);
2874         ksize = roundup(ksize, UMA_SUPER_ALIGN);
2875         zsize = sizeof(struct uma_zone) +
2876             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1)) +
2877             (sizeof(struct uma_zone_domain) * vm_ndomains);
2878         zsize = roundup(zsize, UMA_SUPER_ALIGN);
2879
2880         /* Allocate the zone of zones, zone of kegs, and zone of zones keg. */
2881         size = (zsize * 2) + ksize;
2882         for (domain = 0; domain < vm_ndomains; domain++) {
2883                 m = (uintptr_t)startup_alloc(NULL, size, domain, &pflag,
2884                     M_NOWAIT | M_ZERO);
2885                 if (m != 0)
2886                         break;
2887         }
2888         zones = (uma_zone_t)m;
2889         m += zsize;
2890         kegs = (uma_zone_t)m;
2891         m += zsize;
2892         primarykeg = (uma_keg_t)m;
2893
2894         /* "manually" create the initial zone */
2895         memset(&args, 0, sizeof(args));
2896         args.name = "UMA Kegs";
2897         args.size = ksize;
2898         args.ctor = keg_ctor;
2899         args.dtor = keg_dtor;
2900         args.uminit = zero_init;
2901         args.fini = NULL;
2902         args.keg = primarykeg;
2903         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2904         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2905         zone_ctor(kegs, zsize, &args, M_WAITOK);
2906
2907         args.name = "UMA Zones";
2908         args.size = zsize;
2909         args.ctor = zone_ctor;
2910         args.dtor = zone_dtor;
2911         args.uminit = zero_init;
2912         args.fini = NULL;
2913         args.keg = NULL;
2914         args.align = UMA_SUPER_ALIGN - 1;
2915         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
2916         zone_ctor(zones, zsize, &args, M_WAITOK);
2917
2918         /* Now make zones for slab headers */
2919         slabzones[0] = uma_zcreate("UMA Slabs 0", SLABZONE0_SIZE,
2920             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2921         slabzones[1] = uma_zcreate("UMA Slabs 1", SLABZONE1_SIZE,
2922             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2923
2924         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
2925             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
2926             NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
2927
2928         bucket_init();
2929         smr_init();
2930 }
2931
2932 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2933 extern void vm_radix_reserve_kva(void);
2934 #endif
2935
2936 /*
2937  * Advertise the availability of normal kva allocations and switch to
2938  * the default back-end allocator.  Marks the KVA we consumed on startup
2939  * as used in the map.
2940  */
2941 void
2942 uma_startup2(void)
2943 {
2944
2945         if (bootstart != bootmem) {
2946                 vm_map_lock(kernel_map);
2947                 (void)vm_map_insert(kernel_map, NULL, 0, bootstart, bootmem,
2948                     VM_PROT_RW, VM_PROT_RW, MAP_NOFAULT);
2949                 vm_map_unlock(kernel_map);
2950         }
2951
2952 #ifndef UMA_MD_SMALL_ALLOC
2953         /* Set up radix zone to use noobj_alloc. */
2954         vm_radix_reserve_kva();
2955 #endif
2956
2957         booted = BOOT_KVA;
2958         zone_foreach_unlocked(zone_kva_available, NULL);
2959         bucket_enable();
2960 }
2961
2962 /*
2963  * Allocate counters as early as possible so that boot-time allocations are
2964  * accounted more precisely.
2965  */
2966 static void
2967 uma_startup_pcpu(void *arg __unused)
2968 {
2969
2970         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_counters, NULL);
2971         booted = BOOT_PCPU;
2972 }
2973 SYSINIT(uma_startup_pcpu, SI_SUB_COUNTER, SI_ORDER_ANY, uma_startup_pcpu, NULL);
2974
2975 /*
2976  * Finish our initialization steps.
2977  */
2978 static void
2979 uma_startup3(void *arg __unused)
2980 {
2981
2982 #ifdef INVARIANTS
2983         TUNABLE_INT_FETCH("vm.debug.divisor", &dbg_divisor);
2984         uma_dbg_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2985         uma_skip_cnt = counter_u64_alloc(M_WAITOK);
2986 #endif
2987         zone_foreach_unlocked(zone_alloc_sysctl, NULL);
2988         callout_init(&uma_callout, 1);
2989         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
2990         booted = BOOT_RUNNING;
2991
2992         EVENTHANDLER_REGISTER(shutdown_post_sync, uma_shutdown, NULL,
2993             EVENTHANDLER_PRI_FIRST);
2994 }
2995 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
2996
2997 static void
2998 uma_shutdown(void)
2999 {
3000
3001         booted = BOOT_SHUTDOWN;
3002 }
3003
3004 static uma_keg_t
3005 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
3006                 int align, uint32_t flags)
3007 {
3008         struct uma_kctor_args args;
3009
3010         args.size = size;
3011         args.uminit = uminit;
3012         args.fini = fini;
3013         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
3014         args.flags = flags;
3015         args.zone = zone;
3016         return (zone_alloc_item(kegs, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3017 }
3018
3019 /* Public functions */
3020 /* See uma.h */
3021 void
3022 uma_set_align(int align)
3023 {
3024
3025         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
3026                 uma_align_cache = align;
3027 }
3028
3029 /* See uma.h */
3030 uma_zone_t
3031 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3032                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
3033
3034 {
3035         struct uma_zctor_args args;
3036         uma_zone_t res;
3037
3038         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
3039             align, name));
3040
3041         /* This stuff is essential for the zone ctor */
3042         memset(&args, 0, sizeof(args));
3043         args.name = name;
3044         args.size = size;
3045         args.ctor = ctor;
3046         args.dtor = dtor;
3047         args.uminit = uminit;
3048         args.fini = fini;
3049 #ifdef  INVARIANTS
3050         /*
3051          * Inject procedures which check for memory use after free if we are
3052          * allowed to scramble the memory while it is not allocated.  This
3053          * requires that: UMA is actually able to access the memory, no init
3054          * or fini procedures, no dependency on the initial value of the
3055          * memory, and no (legitimate) use of the memory after free.  Note,
3056          * the ctor and dtor do not need to be empty.
3057          */
3058         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOTOUCH |
3059             UMA_ZONE_NOFREE))) && uminit == NULL && fini == NULL) {
3060                 args.uminit = trash_init;
3061                 args.fini = trash_fini;
3062         }
3063 #endif
3064         args.align = align;
3065         args.flags = flags;
3066         args.keg = NULL;
3067
3068         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3069         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3070         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3071
3072         return (res);
3073 }
3074
3075 /* See uma.h */
3076 uma_zone_t
3077 uma_zsecond_create(const char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3078     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t primary)
3079 {
3080         struct uma_zctor_args args;
3081         uma_keg_t keg;
3082         uma_zone_t res;
3083
3084         keg = primary->uz_keg;
3085         memset(&args, 0, sizeof(args));
3086         args.name = name;
3087         args.size = keg->uk_size;
3088         args.ctor = ctor;
3089         args.dtor = dtor;
3090         args.uminit = zinit;
3091         args.fini = zfini;
3092         args.align = keg->uk_align;
3093         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
3094         args.keg = keg;
3095
3096         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3097         res = zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK);
3098         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3099
3100         return (res);
3101 }
3102
3103 /* See uma.h */
3104 uma_zone_t
3105 uma_zcache_create(const char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
3106     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport, uma_release zrelease,
3107     void *arg, int flags)
3108 {
3109         struct uma_zctor_args args;
3110
3111         memset(&args, 0, sizeof(args));
3112         args.name = name;
3113         args.size = size;
3114         args.ctor = ctor;
3115         args.dtor = dtor;
3116         args.uminit = zinit;
3117         args.fini = zfini;
3118         args.import = zimport;
3119         args.release = zrelease;
3120         args.arg = arg;
3121         args.align = 0;
3122         args.flags = flags | UMA_ZFLAG_CACHE;
3123
3124         return (zone_alloc_item(zones, &args, UMA_ANYDOMAIN, M_WAITOK));
3125 }
3126
3127 /* See uma.h */
3128 void
3129 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
3130 {
3131
3132         /*
3133          * Large slabs are expensive to reclaim, so don't bother doing
3134          * unnecessary work if we're shutting down.
3135          */
3136         if (booted == BOOT_SHUTDOWN &&
3137             zone->uz_fini == NULL && zone->uz_release == zone_release)
3138                 return;
3139         sx_slock(&uma_reclaim_lock);
3140         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
3141         sx_sunlock(&uma_reclaim_lock);
3142 }
3143
3144 void
3145 uma_zwait(uma_zone_t zone)
3146 {
3147
3148         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
3149                 uma_zfree_smr(zone, uma_zalloc_smr(zone, M_WAITOK));
3150         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
3151                 uma_zfree_pcpu(zone, uma_zalloc_pcpu(zone, M_WAITOK));
3152         else
3153                 uma_zfree(zone, uma_zalloc(zone, M_WAITOK));
3154 }
3155
3156 void *
3157 uma_zalloc_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3158 {
3159         void *item, *pcpu_item;
3160 #ifdef SMP
3161         int i;
3162
3163         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3164 #endif
3165         item = uma_zalloc_arg(zone, udata, flags & ~M_ZERO);
3166         if (item == NULL)
3167                 return (NULL);
3168         pcpu_item = zpcpu_base_to_offset(item);
3169         if (flags & M_ZERO) {
3170 #ifdef SMP
3171                 for (i = 0; i <= mp_maxid; i++)
3172                         bzero(zpcpu_get_cpu(pcpu_item, i), zone->uz_size);
3173 #else
3174                 bzero(item, zone->uz_size);
3175 #endif
3176         }
3177         return (pcpu_item);
3178 }
3179
3180 /*
3181  * A stub while both regular and pcpu cases are identical.
3182  */
3183 void
3184 uma_zfree_pcpu_arg(uma_zone_t zone, void *pcpu_item, void *udata)
3185 {
3186         void *item;
3187
3188 #ifdef SMP
3189         MPASS(zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU);
3190 #endif
3191         item = zpcpu_offset_to_base(pcpu_item);
3192         uma_zfree_arg(zone, item, udata);
3193 }
3194
3195 static inline void *
3196 item_ctor(uma_zone_t zone, int uz_flags, int size, void *udata, int flags,
3197     void *item)
3198 {
3199 #ifdef INVARIANTS
3200         bool skipdbg;
3201
3202         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3203         if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3204             zone->uz_ctor != trash_ctor)
3205                 trash_ctor(item, size, udata, flags);
3206 #endif
3207         /* Check flags before loading ctor pointer. */
3208         if (__predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0) &&
3209             __predict_false(zone->uz_ctor != NULL) &&
3210             zone->uz_ctor(item, size, udata, flags) != 0) {
3211                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3212                 zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR | SKIP_CNT);
3213                 return (NULL);
3214         }
3215 #ifdef INVARIANTS
3216         if (!skipdbg)
3217                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
3218 #endif
3219         if (__predict_false(flags & M_ZERO))
3220                 return (memset(item, 0, size));
3221
3222         return (item);
3223 }
3224
3225 static inline void
3226 item_dtor(uma_zone_t zone, void *item, int size, void *udata,
3227     enum zfreeskip skip)
3228 {
3229 #ifdef INVARIANTS
3230         bool skipdbg;
3231
3232         skipdbg = uma_dbg_zskip(zone, item);
3233         if (skip == SKIP_NONE && !skipdbg) {
3234                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC) != 0)
3235                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
3236                 else
3237                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
3238         }
3239 #endif
3240         if (__predict_true(skip < SKIP_DTOR)) {
3241                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3242                         zone->uz_dtor(item, size, udata);
3243 #ifdef INVARIANTS
3244                 if (!skipdbg && (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_TRASH) != 0 &&
3245                     zone->uz_dtor != trash_dtor)
3246                         trash_dtor(item, size, udata);
3247 #endif
3248         }
3249 }
3250
3251 #ifdef NUMA
3252 static int
3253 item_domain(void *item)
3254 {
3255         int domain;
3256
3257         domain = vm_phys_domain(vtophys(item));
3258         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3259             ("%s: unknown domain for item %p", __func__, item));
3260         return (domain);
3261 }
3262 #endif
3263
3264 #if defined(INVARIANTS) || defined(DEBUG_MEMGUARD) || defined(WITNESS)
3265 #define UMA_ZALLOC_DEBUG
3266 static int
3267 uma_zalloc_debug(uma_zone_t zone, void **itemp, void *udata, int flags)
3268 {
3269         int error;
3270
3271         error = 0;
3272 #ifdef WITNESS
3273         if (flags & M_WAITOK) {
3274                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3275                     "uma_zalloc_debug: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3276         }
3277 #endif
3278
3279 #ifdef INVARIANTS
3280         KASSERT((flags & M_EXEC) == 0,
3281             ("uma_zalloc_debug: called with M_EXEC"));
3282         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3283             ("uma_zalloc_debug: called within spinlock or critical section"));
3284         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 || (flags & M_ZERO) == 0,
3285             ("uma_zalloc_debug: allocating from a pcpu zone with M_ZERO"));
3286 #endif
3287
3288 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3289         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && memguard_cmp_zone(zone)) {
3290                 void *item;
3291                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
3292                 if (item != NULL) {
3293                         error = EJUSTRETURN;
3294                         if (zone->uz_init != NULL &&
3295                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
3296                                 *itemp = NULL;
3297                                 return (error);
3298                         }
3299                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
3300                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
3301                             flags) != 0) {
3302                                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
3303                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3304                                 *itemp = NULL;
3305                                 return (error);
3306                         }
3307                         *itemp = item;
3308                         return (error);
3309                 }
3310                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
3311         }
3312 #endif
3313         return (error);
3314 }
3315
3316 static int
3317 uma_zfree_debug(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
3318 {
3319         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3320             ("uma_zfree_debug: called with spinlock or critical section held"));
3321
3322 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
3323         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0 && is_memguard_addr(item)) {
3324                 if (zone->uz_dtor != NULL)
3325                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
3326                 if (zone->uz_fini != NULL)
3327                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
3328                 memguard_free(item);
3329                 return (EJUSTRETURN);
3330         }
3331 #endif
3332         return (0);
3333 }
3334 #endif
3335
3336 static inline void *
3337 cache_alloc_item(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, uma_cache_bucket_t bucket,
3338     void *udata, int flags)
3339 {
3340         void *item;
3341         int size, uz_flags;
3342
3343         item = cache_bucket_pop(cache, bucket);
3344         size = cache_uz_size(cache);
3345         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
3346         critical_exit();
3347         return (item_ctor(zone, uz_flags, size, udata, flags, item));
3348 }
3349
3350 static __noinline void *
3351 cache_alloc_retry(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3352 {
3353         uma_cache_bucket_t bucket;
3354         int domain;
3355
3356         while (cache_alloc(zone, cache, udata, flags)) {
3357                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3358                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
3359                 if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3360                         continue;
3361                 return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3362         }
3363         critical_exit();
3364
3365         /*
3366          * We can not get a bucket so try to return a single item.
3367          */
3368         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH)
3369                 domain = PCPU_GET(domain);
3370         else
3371                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3372         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3373 }
3374
3375 /* See uma.h */
3376 void *
3377 uma_zalloc_smr(uma_zone_t zone, int flags)
3378 {
3379         uma_cache_bucket_t bucket;
3380         uma_cache_t cache;
3381
3382 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3383         void *item;
3384
3385         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
3386             ("uma_zalloc_arg: called with non-SMR zone."));
3387         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, NULL, flags) == EJUSTRETURN)
3388                 return (item);
3389 #endif
3390
3391         critical_enter();
3392         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3393         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3394         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3395                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, NULL, flags));
3396         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, NULL, flags));
3397 }
3398
3399 /* See uma.h */
3400 void *
3401 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
3402 {
3403         uma_cache_bucket_t bucket;
3404         uma_cache_t cache;
3405
3406         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3407         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3408
3409         /* This is the fast path allocation */
3410         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg zone %s(%p) flags %d", zone->uz_name,
3411             zone, flags);
3412
3413 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
3414         void *item;
3415
3416         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3417             ("uma_zalloc_arg: called with SMR zone."));
3418         if (uma_zalloc_debug(zone, &item, udata, flags) == EJUSTRETURN)
3419                 return (item);
3420 #endif
3421
3422         /*
3423          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
3424          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
3425          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
3426          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
3427          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
3428          * preemption and migration.  We release the critical section in
3429          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
3430          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
3431          * must detect and handle migration if it has occurred.
3432          */
3433         critical_enter();
3434         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3435         bucket = &cache->uc_allocbucket;
3436         if (__predict_false(bucket->ucb_cnt == 0))
3437                 return (cache_alloc_retry(zone, cache, udata, flags));
3438         return (cache_alloc_item(zone, cache, bucket, udata, flags));
3439 }
3440
3441 /*
3442  * Replenish an alloc bucket and possibly restore an old one.  Called in
3443  * a critical section.  Returns in a critical section.
3444  *
3445  * A false return value indicates an allocation failure.
3446  * A true return value indicates success and the caller should retry.
3447  */
3448 static __noinline bool
3449 cache_alloc(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, int flags)
3450 {
3451         uma_bucket_t bucket;
3452         int curdomain, domain;
3453         bool new;
3454
3455         CRITICAL_ASSERT(curthread);
3456
3457         /*
3458          * If we have run out of items in our alloc bucket see
3459          * if we can switch with the free bucket.
3460          *
3461          * SMR Zones can't re-use the free bucket until the sequence has
3462          * expired.
3463          */
3464         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_SMR) == 0 &&
3465             cache->uc_freebucket.ucb_cnt != 0) {
3466                 cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
3467                     &cache->uc_allocbucket);
3468                 return (true);
3469         }
3470
3471         /*
3472          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
3473          */
3474         bucket = cache_bucket_unload_alloc(cache);
3475         critical_exit();
3476
3477         if (bucket != NULL) {
3478                 KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
3479                     ("cache_alloc: Entered with non-empty alloc bucket."));
3480                 bucket_free(zone, bucket, udata);
3481         }
3482
3483         /*
3484          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
3485          * we must go back to the zone.  This requires the zdom lock, so we
3486          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
3487          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
3488          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
3489          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
3490          * the critical section.
3491          */
3492         domain = PCPU_GET(domain);
3493         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 ||
3494             VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3495                 domain = zone_domain_highest(zone, domain);
3496         bucket = cache_fetch_bucket(zone, cache, domain);
3497         if (bucket == NULL && zone->uz_bucket_size != 0 && !bucketdisable) {
3498                 bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, domain, flags);
3499                 new = true;
3500         } else {
3501                 new = false;
3502         }
3503
3504         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
3505             zone->uz_name, zone, bucket);
3506         if (bucket == NULL) {
3507                 critical_enter();
3508                 return (false);
3509         }
3510
3511         /*
3512          * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
3513          * initialized bucket to make this less likely or claim
3514          * the memory directly.
3515          */
3516         critical_enter();
3517         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
3518         if (cache->uc_allocbucket.ucb_bucket == NULL &&
3519             ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) == 0 ||
3520             (curdomain = PCPU_GET(domain)) == domain ||
3521             VM_DOMAIN_EMPTY(curdomain))) {
3522                 if (new)
3523                         atomic_add_long(&ZDOM_GET(zone, domain)->uzd_imax,
3524                             bucket->ub_cnt);
3525                 cache_bucket_load_alloc(cache, bucket);
3526                 return (true);
3527         }
3528
3529         /*
3530          * We lost the race, release this bucket and start over.
3531          */
3532         critical_exit();
3533         zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, false);
3534         critical_enter();
3535
3536         return (true);
3537 }
3538
3539 void *
3540 uma_zalloc_domain(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3541 {
3542 #ifdef NUMA
3543         uma_bucket_t bucket;
3544         uma_zone_domain_t zdom;
3545         void *item;
3546 #endif
3547
3548         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
3549         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
3550
3551         /* This is the fast path allocation */
3552         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_domain zone %s(%p) domain %d flags %d",
3553             zone->uz_name, zone, domain, flags);
3554
3555         if (flags & M_WAITOK) {
3556                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
3557                     "uma_zalloc_domain: zone \"%s\"", zone->uz_name);
3558         }
3559         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
3560             ("uma_zalloc_domain: called with spinlock or critical section held"));
3561         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
3562             ("uma_zalloc_domain: called with SMR zone."));
3563 #ifdef NUMA
3564         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0,
3565             ("uma_zalloc_domain: called with non-FIRSTTOUCH zone."));
3566
3567         if (vm_ndomains == 1)
3568                 return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3569
3570         /*
3571          * Try to allocate from the bucket cache before falling back to the keg.
3572          * We could try harder and attempt to allocate from per-CPU caches or
3573          * the per-domain cross-domain buckets, but the complexity is probably
3574          * not worth it.  It is more important that frees of previous
3575          * cross-domain allocations do not blow up the cache.
3576          */
3577         zdom = zone_domain_lock(zone, domain);
3578         if ((bucket = zone_fetch_bucket(zone, zdom, false)) != NULL) {
3579                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
3580 #ifdef INVARIANTS
3581                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1] = NULL;
3582 #endif
3583                 bucket->ub_cnt--;
3584                 zone_put_bucket(zone, domain, bucket, udata, true);
3585                 item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata,
3586                     flags, item);
3587                 if (item != NULL) {
3588                         KASSERT(item_domain(item) == domain,
3589                             ("%s: bucket cache item %p from wrong domain",
3590                             __func__, item));
3591                         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
3592                 }
3593                 return (item);
3594         }
3595         ZDOM_UNLOCK(zdom);
3596         return (zone_alloc_item(zone, udata, domain, flags));
3597 #else
3598         return (uma_zalloc_arg(zone, udata, flags));
3599 #endif
3600 }
3601
3602 /*
3603  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially used over those
3604  * that are totally full.  This helps to reduce fragmentation.
3605  *
3606  * If 'rr' is 1, search all domains starting from 'domain'.  Otherwise check
3607  * only 'domain'.
3608  */
3609 static uma_slab_t
3610 keg_first_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr)
3611 {
3612         uma_domain_t dom;
3613         uma_slab_t slab;
3614         int start;
3615
3616         KASSERT(domain >= 0 && domain < vm_ndomains,
3617             ("keg_first_slab: domain %d out of range", domain));
3618         KEG_LOCK_ASSERT(keg, domain);
3619
3620         slab = NULL;
3621         start = domain;
3622         do {
3623                 dom = &keg->uk_domain[domain];
3624                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_part_slab)) != NULL)
3625                         return (slab);
3626                 if ((slab = LIST_FIRST(&dom->ud_free_slab)) != NULL) {
3627                         LIST_REMOVE(slab, us_link);
3628                         dom->ud_free_slabs--;
3629                         LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
3630                         return (slab);
3631                 }
3632                 if (rr)
3633                         domain = (domain + 1) % vm_ndomains;
3634         } while (domain != start);
3635
3636         return (NULL);
3637 }
3638
3639 /*
3640  * Fetch an existing slab from a free or partial list.  Returns with the
3641  * keg domain lock held if a slab was found or unlocked if not.
3642  */
3643 static uma_slab_t
3644 keg_fetch_free_slab(uma_keg_t keg, int domain, bool rr, int flags)
3645 {
3646         uma_slab_t slab;
3647         uint32_t reserve;
3648
3649         /* HASH has a single free list. */
3650         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
3651                 domain = 0;
3652
3653         KEG_LOCK(keg, domain);
3654         reserve = (flags & M_USE_RESERVE) != 0 ? 0 : keg->uk_reserve;
3655         if (keg->uk_domain[domain].ud_free_items <= reserve ||
3656             (slab = keg_first_slab(keg, domain, rr)) == NULL) {
3657                 KEG_UNLOCK(keg, domain);
3658                 return (NULL);
3659         }
3660         return (slab);
3661 }
3662
3663 static uma_slab_t
3664 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int rdomain, const int flags)
3665 {
3666         struct vm_domainset_iter di;
3667         uma_slab_t slab;
3668         int aflags, domain;
3669         bool rr;
3670
3671 restart:
3672         /*
3673          * Use the keg's policy if upper layers haven't already specified a
3674          * domain (as happens with first-touch zones).
3675          *
3676          * To avoid races we run the iterator with the keg lock held, but that
3677          * means that we cannot allow the vm_domainset layer to sleep.  Thus,
3678          * clear M_WAITOK and handle low memory conditions locally.
3679          */
3680         rr = rdomain == UMA_ANYDOMAIN;
3681         if (rr) {
3682                 aflags = (flags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
3683                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
3684                     &aflags);
3685         } else {
3686                 aflags = flags;
3687                 domain = rdomain;
3688         }
3689
3690         for (;;) {
3691                 slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags);
3692                 if (slab != NULL)
3693                         return (slab);
3694
3695                 /*
3696                  * M_NOVM means don't ask at all!
3697                  */
3698                 if (flags & M_NOVM)
3699                         break;
3700
3701                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, flags, aflags);
3702                 if (slab != NULL)
3703                         return (slab);
3704                 if (!rr && (flags & M_WAITOK) == 0)
3705                         break;
3706                 if (rr && vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0) {
3707                         if ((flags & M_WAITOK) != 0) {
3708                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
3709                                 goto restart;
3710                         }
3711                         break;
3712                 }
3713         }
3714
3715         /*
3716          * We might not have been able to get a slab but another cpu
3717          * could have while we were unlocked.  Check again before we
3718          * fail.
3719          */
3720         if ((slab = keg_fetch_free_slab(keg, domain, rr, flags)) != NULL)
3721                 return (slab);
3722
3723         return (NULL);
3724 }
3725
3726 static void *
3727 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
3728 {
3729         uma_domain_t dom;
3730         void *item;
3731         int freei;
3732
3733         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
3734
3735         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3736         freei = BIT_FFS(keg->uk_ipers, &slab->us_free) - 1;
3737         BIT_CLR(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
3738         item = slab_item(slab, keg, freei);
3739         slab->us_freecount--;
3740         dom->ud_free_items--;
3741
3742         /*
3743          * Move this slab to the full list.  It must be on the partial list, so
3744          * we do not need to update the free slab count.  In particular,
3745          * keg_fetch_slab() always returns slabs on the partial list.
3746          */
3747         if (slab->us_freecount == 0) {
3748                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
3749                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_full_slab, slab, us_link);
3750         }
3751
3752         return (item);
3753 }
3754
3755 static int
3756 zone_import(void *arg, void **bucket, int max, int domain, int flags)
3757 {
3758         uma_domain_t dom;
3759         uma_zone_t zone;
3760         uma_slab_t slab;
3761         uma_keg_t keg;
3762 #ifdef NUMA
3763         int stripe;
3764 #endif
3765         int i;
3766
3767         zone = arg;
3768         slab = NULL;
3769         keg = zone->uz_keg;
3770         /* Try to keep the buckets totally full */
3771         for (i = 0; i < max; ) {
3772                 if ((slab = keg_fetch_slab(keg, zone, domain, flags)) == NULL)
3773                         break;
3774 #ifdef NUMA
3775                 stripe = howmany(max, vm_ndomains);
3776 #endif
3777                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
3778                 do {
3779                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
3780                         if (dom->ud_free_items <= keg->uk_reserve) {
3781                                 /*
3782                                  * Avoid depleting the reserve after a
3783                                  * successful item allocation, even if
3784                                  * M_USE_RESERVE is specified.
3785                                  */
3786                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3787                                 goto out;
3788                         }
3789 #ifdef NUMA
3790                         /*
3791                          * If the zone is striped we pick a new slab for every
3792                          * N allocations.  Eliminating this conditional will
3793                          * instead pick a new domain for each bucket rather
3794                          * than stripe within each bucket.  The current option
3795                          * produces more fragmentation and requires more cpu
3796                          * time but yields better distribution.
3797                          */
3798                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0 &&
3799                             vm_ndomains > 1 && --stripe == 0)
3800                                 break;
3801 #endif
3802                 } while (slab->us_freecount != 0 && i < max);
3803                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
3804
3805                 /* Don't block if we allocated any successfully. */
3806                 flags &= ~M_WAITOK;
3807                 flags |= M_NOWAIT;
3808         }
3809 out:
3810         return i;
3811 }
3812
3813 static int
3814 zone_alloc_limit_hard(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3815 {
3816         uint64_t old, new, total, max;
3817
3818         /*
3819          * The hard case.  We're going to sleep because there were existing
3820          * sleepers or because we ran out of items.  This routine enforces
3821          * fairness by keeping fifo order.
3822          *
3823          * First release our ill gotten gains and make some noise.
3824          */
3825         for (;;) {
3826                 zone_free_limit(zone, count);
3827                 zone_log_warning(zone);
3828                 zone_maxaction(zone);
3829                 if (flags & M_NOWAIT)
3830                         return (0);
3831
3832                 /*
3833                  * We need to allocate an item or set ourself as a sleeper
3834                  * while the sleepq lock is held to avoid wakeup races.  This
3835                  * is essentially a home rolled semaphore.
3836                  */
3837                 sleepq_lock(&zone->uz_max_items);
3838                 old = zone->uz_items;
3839                 do {
3840                         MPASS(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) < UZ_ITEMS_SLEEPERS_MAX);
3841                         /* Cache the max since we will evaluate twice. */
3842                         max = zone->uz_max_items;
3843                         if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0 ||
3844                             UZ_ITEMS_COUNT(old) >= max)
3845                                 new = old + UZ_ITEMS_SLEEPER;
3846                         else
3847                                 new = old + MIN(count, max - old);
3848                 } while (atomic_fcmpset_64(&zone->uz_items, &old, new) == 0);
3849
3850                 /* We may have successfully allocated under the sleepq lock. */
3851                 if (UZ_ITEMS_SLEEPERS(new) == 0) {
3852                         sleepq_release(&zone->uz_max_items);
3853                         return (new - old);
3854                 }
3855
3856                 /*
3857                  * This is in a different cacheline from uz_items so that we
3858                  * don't constantly invalidate the fastpath cacheline when we
3859                  * adjust item counts.  This could be limited to toggling on
3860                  * transitions.
3861                  */
3862                 atomic_add_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3863                 atomic_add_64(&zone->uz_sleeps, 1);
3864
3865                 /*
3866                  * We have added ourselves as a sleeper.  The sleepq lock
3867                  * protects us from wakeup races.  Sleep now and then retry.
3868                  */
3869                 sleepq_add(&zone->uz_max_items, NULL, "zonelimit", 0, 0);
3870                 sleepq_wait(&zone->uz_max_items, PVM);
3871
3872                 /*
3873                  * After wakeup, remove ourselves as a sleeper and try
3874                  * again.  We no longer have the sleepq lock for protection.
3875                  *
3876                  * Subract ourselves as a sleeper while attempting to add
3877                  * our count.
3878                  */
3879                 atomic_subtract_32(&zone->uz_sleepers, 1);
3880                 old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items,
3881                     -(UZ_ITEMS_SLEEPER - count));
3882                 /* We're no longer a sleeper. */
3883                 old -= UZ_ITEMS_SLEEPER;
3884
3885                 /*
3886                  * If we're still at the limit, restart.  Notably do not
3887                  * block on other sleepers.  Cache the max value to protect
3888                  * against changes via sysctl.
3889                  */
3890                 total = UZ_ITEMS_COUNT(old);
3891                 max = zone->uz_max_items;
3892                 if (total >= max)
3893                         continue;
3894                 /* Truncate if necessary, otherwise wake other sleepers. */
3895                 if (total + count > max) {
3896                         zone_free_limit(zone, total + count - max);
3897                         count = max - total;
3898                 } else if (total + count < max && UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) != 0)
3899                         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
3900
3901                 return (count);
3902         }
3903 }
3904
3905 /*
3906  * Allocate 'count' items from our max_items limit.  Returns the number
3907  * available.  If M_NOWAIT is not specified it will sleep until at least
3908  * one item can be allocated.
3909  */
3910 static int
3911 zone_alloc_limit(uma_zone_t zone, int count, int flags)
3912 {
3913         uint64_t old;
3914         uint64_t max;
3915
3916         max = zone->uz_max_items;
3917         MPASS(max > 0);
3918
3919         /*
3920          * We expect normal allocations to succeed with a simple
3921          * fetchadd.
3922          */
3923         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, count);
3924         if (__predict_true(old + count <= max))
3925                 return (count);
3926
3927         /*
3928          * If we had some items and no sleepers just return the
3929          * truncated value.  We have to release the excess space
3930          * though because that may wake sleepers who weren't woken
3931          * because we were temporarily over the limit.
3932          */
3933         if (old < max) {
3934                 zone_free_limit(zone, (old + count) - max);
3935                 return (max - old);
3936         }
3937         return (zone_alloc_limit_hard(zone, count, flags));
3938 }
3939
3940 /*
3941  * Free a number of items back to the limit.
3942  */
3943 static void
3944 zone_free_limit(uma_zone_t zone, int count)
3945 {
3946         uint64_t old;
3947
3948         MPASS(count > 0);
3949
3950         /*
3951          * In the common case we either have no sleepers or
3952          * are still over the limit and can just return.
3953          */
3954         old = atomic_fetchadd_64(&zone->uz_items, -count);
3955         if (__predict_true(UZ_ITEMS_SLEEPERS(old) == 0 ||
3956            UZ_ITEMS_COUNT(old) - count >= zone->uz_max_items))
3957                 return;
3958
3959         /*
3960          * Moderate the rate of wakeups.  Sleepers will continue
3961          * to generate wakeups if necessary.
3962          */
3963         wakeup_one(&zone->uz_max_items);
3964 }
3965
3966 static uma_bucket_t
3967 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
3968 {
3969         uma_bucket_t bucket;
3970         int maxbucket, cnt;
3971
3972         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_bucket zone %s(%p) domain %d", zone->uz_name,
3973             zone, domain);
3974
3975         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
3976         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
3977                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3978         else if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
3979                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
3980
3981         if (zone->uz_max_items > 0)
3982                 maxbucket = zone_alloc_limit(zone, zone->uz_bucket_size,
3983                     M_NOWAIT);
3984         else
3985                 maxbucket = zone->uz_bucket_size;
3986         if (maxbucket == 0)
3987                 return (false);
3988
3989         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
3990         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
3991         if (bucket == NULL) {
3992                 cnt = 0;
3993                 goto out;
3994         }
3995
3996         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
3997             MIN(maxbucket, bucket->ub_entries), domain, flags);
3998
3999         /*
4000          * Initialize the memory if necessary.
4001          */
4002         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
4003                 int i;
4004
4005                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
4006                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
4007                             flags) != 0)
4008                                 break;
4009                 /*
4010                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
4011                  * rest back onto the freelist.
4012                  */
4013                 if (i != bucket->ub_cnt) {
4014                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
4015                             bucket->ub_cnt - i);
4016 #ifdef INVARIANTS
4017                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
4018                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
4019 #endif
4020                         bucket->ub_cnt = i;
4021                 }
4022         }
4023
4024         cnt = bucket->ub_cnt;
4025         if (bucket->ub_cnt == 0) {
4026                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4027                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4028                 bucket = NULL;
4029         }
4030 out:
4031         if (zone->uz_max_items > 0 && cnt < maxbucket)
4032                 zone_free_limit(zone, maxbucket - cnt);
4033
4034         return (bucket);
4035 }
4036
4037 /*
4038  * Allocates a single item from a zone.
4039  *
4040  * Arguments
4041  *      zone   The zone to alloc for.
4042  *      udata  The data to be passed to the constructor.
4043  *      domain The domain to allocate from or UMA_ANYDOMAIN.
4044  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
4045  *
4046  * Returns
4047  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
4048  *      An item if successful
4049  */
4050
4051 static void *
4052 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int domain, int flags)
4053 {
4054         void *item;
4055
4056         if (zone->uz_max_items > 0 && zone_alloc_limit(zone, 1, flags) == 0) {
4057                 counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4058                 return (NULL);
4059         }
4060
4061         /* Avoid allocs targeting empty domains. */
4062         if (domain != UMA_ANYDOMAIN && VM_DOMAIN_EMPTY(domain))
4063                 domain = UMA_ANYDOMAIN;
4064
4065         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, domain, flags) != 1)
4066                 goto fail_cnt;
4067
4068         /*
4069          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
4070          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
4071          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
4072          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
4073          */
4074         if (zone->uz_init != NULL) {
4075                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
4076                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI | SKIP_CNT);
4077                         goto fail_cnt;
4078                 }
4079         }
4080         item = item_ctor(zone, zone->uz_flags, zone->uz_size, udata, flags,
4081             item);
4082         if (item == NULL)
4083                 goto fail;
4084
4085         counter_u64_add(zone->uz_allocs, 1);
4086         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
4087             zone->uz_name, zone);
4088
4089         return (item);
4090
4091 fail_cnt:
4092         counter_u64_add(zone->uz_fails, 1);
4093 fail:
4094         if (zone->uz_max_items > 0)
4095                 zone_free_limit(zone, 1);
4096         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
4097             zone->uz_name, zone);
4098
4099         return (NULL);
4100 }
4101
4102 /* See uma.h */
4103 void
4104 uma_zfree_smr(uma_zone_t zone, void *item)
4105 {
4106         uma_cache_t cache;
4107         uma_cache_bucket_t bucket;
4108         int itemdomain, uz_flags;
4109
4110 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4111         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0,
4112             ("uma_zfree_smr: called with non-SMR zone."));
4113         KASSERT(item != NULL, ("uma_zfree_smr: Called with NULL pointer."));
4114         SMR_ASSERT_NOT_ENTERED(zone->uz_smr);
4115         if (uma_zfree_debug(zone, item, NULL) == EJUSTRETURN)
4116                 return;
4117 #endif
4118         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4119         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4120         itemdomain = 0;
4121 #ifdef NUMA
4122         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4123                 itemdomain = item_domain(item);
4124 #endif
4125         critical_enter();
4126         do {
4127                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4128                 /* SMR Zones must free to the free bucket. */
4129                 bucket = &cache->uc_freebucket;
4130 #ifdef NUMA
4131                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4132                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4133                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4134                 }
4135 #endif
4136                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4137                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4138                         critical_exit();
4139                         return;
4140                 }
4141         } while (cache_free(zone, cache, NULL, item, itemdomain));
4142         critical_exit();
4143
4144         /*
4145          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4146          */
4147         zone_free_item(zone, item, NULL, SKIP_NONE);
4148 }
4149
4150 /* See uma.h */
4151 void
4152 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
4153 {
4154         uma_cache_t cache;
4155         uma_cache_bucket_t bucket;
4156         int itemdomain, uz_flags;
4157
4158         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
4159         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), RANDOM_UMA);
4160
4161         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg zone %s(%p)", zone->uz_name, zone);
4162
4163 #ifdef UMA_ZALLOC_DEBUG
4164         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4165             ("uma_zfree_arg: called with SMR zone."));
4166         if (uma_zfree_debug(zone, item, udata) == EJUSTRETURN)
4167                 return;
4168 #endif
4169         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
4170         if (item == NULL)
4171                 return;
4172
4173         /*
4174          * We are accessing the per-cpu cache without a critical section to
4175          * fetch size and flags.  This is acceptable, if we are preempted we
4176          * will simply read another cpu's line.
4177          */
4178         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4179         uz_flags = cache_uz_flags(cache);
4180         if (UMA_ALWAYS_CTORDTOR ||
4181             __predict_false((uz_flags & UMA_ZFLAG_CTORDTOR) != 0))
4182                 item_dtor(zone, item, cache_uz_size(cache), udata, SKIP_NONE);
4183
4184         /*
4185          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
4186          * a little longer for the limits to be reset.
4187          */
4188         if (__predict_false(uz_flags & UMA_ZFLAG_LIMIT)) {
4189                 if (zone->uz_sleepers > 0)
4190                         goto zfree_item;
4191         }
4192
4193         /*
4194          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
4195          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
4196          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
4197          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
4198          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
4199          * preemption and migration.  We release the critical section in
4200          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
4201          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
4202          * detect and handle migration if it has occurred.
4203          */
4204         itemdomain = 0;
4205 #ifdef NUMA
4206         if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4207                 itemdomain = item_domain(item);
4208 #endif
4209         critical_enter();
4210         do {
4211                 cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4212                 /*
4213                  * Try to free into the allocbucket first to give LIFO
4214                  * ordering for cache-hot datastructures.  Spill over
4215                  * into the freebucket if necessary.  Alloc will swap
4216                  * them if one runs dry.
4217                  */
4218                 bucket = &cache->uc_allocbucket;
4219 #ifdef NUMA
4220                 if ((uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4221                     PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4222                         bucket = &cache->uc_crossbucket;
4223                 } else
4224 #endif
4225                 if (bucket->ucb_cnt == bucket->ucb_entries &&
4226                    cache->uc_freebucket.ucb_cnt <
4227                    cache->uc_freebucket.ucb_entries)
4228                         cache_bucket_swap(&cache->uc_freebucket,
4229                             &cache->uc_allocbucket);
4230                 if (__predict_true(bucket->ucb_cnt < bucket->ucb_entries)) {
4231                         cache_bucket_push(cache, bucket, item);
4232                         critical_exit();
4233                         return;
4234                 }
4235         } while (cache_free(zone, cache, udata, item, itemdomain));
4236         critical_exit();
4237
4238         /*
4239          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
4240          */
4241 zfree_item:
4242         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
4243 }
4244
4245 #ifdef NUMA
4246 /*
4247  * sort crossdomain free buckets to domain correct buckets and cache
4248  * them.
4249  */
4250 static void
4251 zone_free_cross(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
4252 {
4253         struct uma_bucketlist fullbuckets;
4254         uma_zone_domain_t zdom;
4255         uma_bucket_t b;
4256         smr_seq_t seq;
4257         void *item;
4258         int domain;
4259
4260         CTR3(KTR_UMA,
4261             "uma_zfree: zone %s(%p) draining cross bucket %p",
4262             zone->uz_name, zone, bucket);
4263
4264         /*
4265          * It is possible for buckets to arrive here out of order so we fetch
4266          * the current smr seq rather than accepting the bucket's.
4267          */
4268         seq = SMR_SEQ_INVALID;
4269         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0)
4270                 seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4271
4272         /*
4273          * To avoid having ndomain * ndomain buckets for sorting we have a
4274          * lock on the current crossfree bucket.  A full matrix with
4275          * per-domain locking could be used if necessary.
4276          */
4277         STAILQ_INIT(&fullbuckets);
4278         ZONE_CROSS_LOCK(zone);
4279         while (bucket->ub_cnt > 0) {
4280                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt - 1];
4281                 domain = item_domain(item);
4282                 zdom = ZDOM_GET(zone, domain);
4283                 if (zdom->uzd_cross == NULL) {
4284                         zdom->uzd_cross = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4285                         if (zdom->uzd_cross == NULL)
4286                                 break;
4287                 }
4288                 b = zdom->uzd_cross;
4289                 b->ub_bucket[b->ub_cnt++] = item;
4290                 b->ub_seq = seq;
4291                 if (b->ub_cnt == b->ub_entries) {
4292                         STAILQ_INSERT_HEAD(&fullbuckets, b, ub_link);
4293                         zdom->uzd_cross = NULL;
4294                 }
4295                 bucket->ub_cnt--;
4296         }
4297         ZONE_CROSS_UNLOCK(zone);
4298         if (bucket->ub_cnt == 0)
4299                 bucket->ub_seq = SMR_SEQ_INVALID;
4300         bucket_free(zone, bucket, udata);
4301
4302         while ((b = STAILQ_FIRST(&fullbuckets)) != NULL) {
4303                 STAILQ_REMOVE_HEAD(&fullbuckets, ub_link);
4304                 domain = item_domain(b->ub_bucket[0]);
4305                 zone_put_bucket(zone, domain, b, udata, true);
4306         }
4307 }
4308 #endif
4309
4310 static void
4311 zone_free_bucket(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata,
4312     int itemdomain, bool ws)
4313 {
4314
4315 #ifdef NUMA
4316         /*
4317          * Buckets coming from the wrong domain will be entirely for the
4318          * only other domain on two domain systems.  In this case we can
4319          * simply cache them.  Otherwise we need to sort them back to
4320          * correct domains.
4321          */
4322         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0 &&
4323             vm_ndomains > 2 && PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4324                 zone_free_cross(zone, bucket, udata);
4325                 return;
4326         }
4327 #endif
4328
4329         /*
4330          * Attempt to save the bucket in the zone's domain bucket cache.
4331          */
4332         CTR3(KTR_UMA,
4333             "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
4334             zone->uz_name, zone, bucket);
4335         /* ub_cnt is pointing to the last free item */
4336         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_ROUNDROBIN) != 0)
4337                 itemdomain = zone_domain_lowest(zone, itemdomain);
4338         zone_put_bucket(zone, itemdomain, bucket, udata, ws);
4339 }
4340
4341 /*
4342  * Populate a free or cross bucket for the current cpu cache.  Free any
4343  * existing full bucket either to the zone cache or back to the slab layer.
4344  *
4345  * Enters and returns in a critical section.  false return indicates that
4346  * we can not satisfy this free in the cache layer.  true indicates that
4347  * the caller should retry.
4348  */
4349 static __noinline bool
4350 cache_free(uma_zone_t zone, uma_cache_t cache, void *udata, void *item,
4351     int itemdomain)
4352 {
4353         uma_cache_bucket_t cbucket;
4354         uma_bucket_t newbucket, bucket;
4355
4356         CRITICAL_ASSERT(curthread);
4357
4358         if (zone->uz_bucket_size == 0)
4359                 return false;
4360
4361         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4362         newbucket = NULL;
4363
4364         /*
4365          * FIRSTTOUCH domains need to free to the correct zdom.  When
4366          * enabled this is the zdom of the item.   The bucket is the
4367          * cross bucket if the current domain and itemdomain do not match.
4368          */
4369         cbucket = &cache->uc_freebucket;
4370 #ifdef NUMA
4371         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4372                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain) {
4373                         cbucket = &cache->uc_crossbucket;
4374                         if (cbucket->ucb_cnt != 0)
4375                                 counter_u64_add(zone->uz_xdomain,
4376                                     cbucket->ucb_cnt);
4377                 }
4378         }
4379 #endif
4380         bucket = cache_bucket_unload(cbucket);
4381         KASSERT(bucket == NULL || bucket->ub_cnt == bucket->ub_entries,
4382             ("cache_free: Entered with non-full free bucket."));
4383
4384         /* We are no longer associated with this CPU. */
4385         critical_exit();
4386
4387         /*
4388          * Don't let SMR zones operate without a free bucket.  Force
4389          * a synchronize and re-use this one.  We will only degrade
4390          * to a synchronize every bucket_size items rather than every
4391          * item if we fail to allocate a bucket.
4392          */
4393         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0) {
4394                 if (bucket != NULL)
4395                         bucket->ub_seq = smr_advance(zone->uz_smr);
4396                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4397                 if (newbucket == NULL && bucket != NULL) {
4398                         bucket_drain(zone, bucket);
4399                         newbucket = bucket;
4400                         bucket = NULL;
4401                 }
4402         } else if (!bucketdisable)
4403                 newbucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
4404
4405         if (bucket != NULL)
4406                 zone_free_bucket(zone, bucket, udata, itemdomain, true);
4407
4408         critical_enter();
4409         if ((bucket = newbucket) == NULL)
4410                 return (false);
4411         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
4412 #ifdef NUMA
4413         /*
4414          * Check to see if we should be populating the cross bucket.  If it
4415          * is already populated we will fall through and attempt to populate
4416          * the free bucket.
4417          */
4418         if ((cache_uz_flags(cache) & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0) {
4419                 if (PCPU_GET(domain) != itemdomain &&
4420                     cache->uc_crossbucket.ucb_bucket == NULL) {
4421                         cache_bucket_load_cross(cache, bucket);
4422                         return (true);
4423                 }
4424         }
4425 #endif
4426         /*
4427          * We may have lost the race to fill the bucket or switched CPUs.
4428          */
4429         if (cache->uc_freebucket.ucb_bucket != NULL) {
4430                 critical_exit();
4431                 bucket_free(zone, bucket, udata);
4432                 critical_enter();
4433         } else
4434                 cache_bucket_load_free(cache, bucket);
4435
4436         return (true);
4437 }
4438
4439 static void
4440 slab_free_item(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
4441 {
4442         uma_keg_t keg;
4443         uma_domain_t dom;
4444         int freei;
4445
4446         keg = zone->uz_keg;
4447         KEG_LOCK_ASSERT(keg, slab->us_domain);
4448
4449         /* Do we need to remove from any lists? */
4450         dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4451         if (slab->us_freecount + 1 == keg->uk_ipers) {
4452                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4453                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab, us_link);
4454                 dom->ud_free_slabs++;
4455         } else if (slab->us_freecount == 0) {
4456                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4457                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_part_slab, slab, us_link);
4458         }
4459
4460         /* Slab management. */
4461         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
4462         BIT_SET(keg->uk_ipers, freei, &slab->us_free);
4463         slab->us_freecount++;
4464
4465         /* Keg statistics. */
4466         dom->ud_free_items++;
4467 }
4468
4469 static void
4470 zone_release(void *arg, void **bucket, int cnt)
4471 {
4472         struct mtx *lock;
4473         uma_zone_t zone;
4474         uma_slab_t slab;
4475         uma_keg_t keg;
4476         uint8_t *mem;
4477         void *item;
4478         int i;
4479
4480         zone = arg;
4481         keg = zone->uz_keg;
4482         lock = NULL;
4483         if (__predict_false((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0))
4484                 lock = KEG_LOCK(keg, 0);
4485         for (i = 0; i < cnt; i++) {
4486                 item = bucket[i];
4487                 if (__predict_true((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB) != 0)) {
4488                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
4489                 } else {
4490                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
4491                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_HASH) != 0)
4492                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
4493                         else
4494                                 slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
4495                 }
4496                 if (lock != KEG_LOCKPTR(keg, slab->us_domain)) {
4497                         if (lock != NULL)
4498                                 mtx_unlock(lock);
4499                         lock = KEG_LOCK(keg, slab->us_domain);
4500                 }
4501                 slab_free_item(zone, slab, item);
4502         }
4503         if (lock != NULL)
4504                 mtx_unlock(lock);
4505 }
4506
4507 /*
4508  * Frees a single item to any zone.
4509  *
4510  * Arguments:
4511  *      zone   The zone to free to
4512  *      item   The item we're freeing
4513  *      udata  User supplied data for the dtor
4514  *      skip   Skip dtors and finis
4515  */
4516 static __noinline void
4517 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
4518 {
4519
4520         /*
4521          * If a free is sent directly to an SMR zone we have to
4522          * synchronize immediately because the item can instantly
4523          * be reallocated. This should only happen in degenerate
4524          * cases when no memory is available for per-cpu caches.
4525          */
4526         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) != 0 && skip == SKIP_NONE)
4527                 smr_synchronize(zone->uz_smr);
4528
4529         item_dtor(zone, item, zone->uz_size, udata, skip);
4530
4531         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
4532                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
4533
4534         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
4535
4536         if (skip & SKIP_CNT)
4537                 return;
4538
4539         counter_u64_add(zone->uz_frees, 1);
4540
4541         if (zone->uz_max_items > 0)
4542                 zone_free_limit(zone, 1);
4543 }
4544
4545 /* See uma.h */
4546 int
4547 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
4548 {
4549         struct uma_bucket_zone *ubz;
4550         int count;
4551
4552         /*
4553          * XXX This can misbehave if the zone has any allocations with
4554          * no limit and a limit is imposed.  There is currently no
4555          * way to clear a limit.
4556          */
4557         ZONE_LOCK(zone);
4558         ubz = bucket_zone_max(zone, nitems);
4559         count = ubz != NULL ? ubz->ubz_entries : 0;
4560         zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = count;
4561         if (zone->uz_bucket_size_min > zone->uz_bucket_size_max)
4562                 zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size_max;
4563         zone->uz_max_items = nitems;
4564         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT;
4565         zone_update_caches(zone);
4566         /* We may need to wake waiters. */
4567         wakeup(&zone->uz_max_items);
4568         ZONE_UNLOCK(zone);
4569
4570         return (nitems);
4571 }
4572
4573 /* See uma.h */
4574 void
4575 uma_zone_set_maxcache(uma_zone_t zone, int nitems)
4576 {
4577         struct uma_bucket_zone *ubz;
4578         int bpcpu;
4579
4580         ZONE_LOCK(zone);
4581         ubz = bucket_zone_max(zone, nitems);
4582         if (ubz != NULL) {
4583                 bpcpu = 2;
4584                 if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_FIRSTTOUCH) != 0)
4585                         /* Count the cross-domain bucket. */
4586                         bpcpu++;
4587                 nitems -= ubz->ubz_entries * bpcpu * mp_ncpus;
4588                 zone->uz_bucket_size_max = ubz->ubz_entries;
4589         } else {
4590                 zone->uz_bucket_size_max = zone->uz_bucket_size = 0;
4591         }
4592         if (zone->uz_bucket_size_min > zone->uz_bucket_size_max)
4593                 zone->uz_bucket_size_min = zone->uz_bucket_size_max;
4594         zone->uz_bucket_max = nitems / vm_ndomains;
4595         ZONE_UNLOCK(zone);
4596 }
4597
4598 /* See uma.h */
4599 int
4600 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
4601 {
4602         int nitems;
4603
4604         nitems = atomic_load_64(&zone->uz_max_items);
4605
4606         return (nitems);
4607 }
4608
4609 /* See uma.h */
4610 void
4611 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
4612 {
4613
4614         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4615         zone->uz_warning = warning;
4616 }
4617
4618 /* See uma.h */
4619 void
4620 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
4621 {
4622
4623         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4624         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
4625 }
4626
4627 /* See uma.h */
4628 int
4629 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
4630 {
4631         int64_t nitems;
4632         u_int i;
4633
4634         nitems = 0;
4635         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER && zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4636                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs) -
4637                     counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4638         CPU_FOREACH(i)
4639                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs) -
4640                     atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4641
4642         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
4643 }
4644
4645 static uint64_t
4646 uma_zone_get_allocs(uma_zone_t zone)
4647 {
4648         uint64_t nitems;
4649         u_int i;
4650
4651         nitems = 0;
4652         if (zone->uz_allocs != EARLY_COUNTER)
4653                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_allocs);
4654         CPU_FOREACH(i)
4655                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_allocs);
4656
4657         return (nitems);
4658 }
4659
4660 static uint64_t
4661 uma_zone_get_frees(uma_zone_t zone)
4662 {
4663         uint64_t nitems;
4664         u_int i;
4665
4666         nitems = 0;
4667         if (zone->uz_frees != EARLY_COUNTER)
4668                 nitems = counter_u64_fetch(zone->uz_frees);
4669         CPU_FOREACH(i)
4670                 nitems += atomic_load_64(&zone->uz_cpu[i].uc_frees);
4671
4672         return (nitems);
4673 }
4674
4675 #ifdef INVARIANTS
4676 /* Used only for KEG_ASSERT_COLD(). */
4677 static uint64_t
4678 uma_keg_get_allocs(uma_keg_t keg)
4679 {
4680         uma_zone_t z;
4681         uint64_t nitems;
4682
4683         nitems = 0;
4684         LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link)
4685                 nitems += uma_zone_get_allocs(z);
4686
4687         return (nitems);
4688 }
4689 #endif
4690
4691 /* See uma.h */
4692 void
4693 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
4694 {
4695         uma_keg_t keg;
4696
4697         KEG_GET(zone, keg);
4698         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4699         keg->uk_init = uminit;
4700 }
4701
4702 /* See uma.h */
4703 void
4704 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
4705 {
4706         uma_keg_t keg;
4707
4708         KEG_GET(zone, keg);
4709         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4710         keg->uk_fini = fini;
4711 }
4712
4713 /* See uma.h */
4714 void
4715 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
4716 {
4717
4718         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4719         zone->uz_init = zinit;
4720 }
4721
4722 /* See uma.h */
4723 void
4724 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
4725 {
4726
4727         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4728         zone->uz_fini = zfini;
4729 }
4730
4731 /* See uma.h */
4732 void
4733 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
4734 {
4735         uma_keg_t keg;
4736
4737         KEG_GET(zone, keg);
4738         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4739         keg->uk_freef = freef;
4740 }
4741
4742 /* See uma.h */
4743 void
4744 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
4745 {
4746         uma_keg_t keg;
4747
4748         KEG_GET(zone, keg);
4749         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4750         keg->uk_allocf = allocf;
4751 }
4752
4753 /* See uma.h */
4754 void
4755 uma_zone_set_smr(uma_zone_t zone, smr_t smr)
4756 {
4757
4758         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4759
4760         KASSERT(smr != NULL, ("Got NULL smr"));
4761         KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SMR) == 0,
4762             ("zone %p (%s) already uses SMR", zone, zone->uz_name));
4763         zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SMR;
4764         zone->uz_smr = smr;
4765         zone_update_caches(zone);
4766 }
4767
4768 smr_t
4769 uma_zone_get_smr(uma_zone_t zone)
4770 {
4771
4772         return (zone->uz_smr);
4773 }
4774
4775 /* See uma.h */
4776 void
4777 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
4778 {
4779         uma_keg_t keg;
4780
4781         KEG_GET(zone, keg);
4782         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4783         keg->uk_reserve = items;
4784 }
4785
4786 /* See uma.h */
4787 int
4788 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
4789 {
4790         uma_keg_t keg;
4791         vm_offset_t kva;
4792         u_int pages;
4793
4794         KEG_GET(zone, keg);
4795         KEG_ASSERT_COLD(keg);
4796         ZONE_ASSERT_COLD(zone);
4797
4798         pages = howmany(count, keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
4799
4800 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4801         if (keg->uk_ppera > 1) {
4802 #else
4803         if (1) {
4804 #endif
4805                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
4806                 if (kva == 0)
4807                         return (0);
4808         } else
4809                 kva = 0;
4810
4811         MPASS(keg->uk_kva == 0);
4812         keg->uk_kva = kva;
4813         keg->uk_offset = 0;
4814         zone->uz_max_items = pages * keg->uk_ipers;
4815 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
4816         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
4817 #else
4818         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
4819 #endif
4820         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4821         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_LIMIT | UMA_ZONE_NOFREE;
4822         zone_update_caches(zone);
4823
4824         return (1);
4825 }
4826
4827 /* See uma.h */
4828 void
4829 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
4830 {
4831         struct vm_domainset_iter di;
4832         uma_domain_t dom;
4833         uma_slab_t slab;
4834         uma_keg_t keg;
4835         int aflags, domain, slabs;
4836
4837         KEG_GET(zone, keg);
4838         slabs = howmany(items, keg->uk_ipers);
4839         while (slabs-- > 0) {
4840                 aflags = M_NOWAIT;
4841                 vm_domainset_iter_policy_ref_init(&di, &keg->uk_dr, &domain,
4842                     &aflags);
4843                 for (;;) {
4844                         slab = keg_alloc_slab(keg, zone, domain, M_WAITOK,
4845                             aflags);
4846                         if (slab != NULL) {
4847                                 dom = &keg->uk_domain[slab->us_domain];
4848                                 /*
4849                                  * keg_alloc_slab() always returns a slab on the
4850                                  * partial list.
4851                                  */
4852                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
4853                                 LIST_INSERT_HEAD(&dom->ud_free_slab, slab,
4854                                     us_link);
4855                                 dom->ud_free_slabs++;
4856                                 KEG_UNLOCK(keg, slab->us_domain);
4857                                 break;
4858                         }
4859                         if (vm_domainset_iter_policy(&di, &domain) != 0)
4860                                 vm_wait_doms(&keg->uk_dr.dr_policy->ds_mask, 0);
4861                 }
4862         }
4863 }
4864
4865 /*
4866  * Returns a snapshot of memory consumption in bytes.
4867  */
4868 size_t
4869 uma_zone_memory(uma_zone_t zone)
4870 {
4871         size_t sz;
4872         int i;
4873
4874         sz = 0;
4875         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) {
4876                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4877                         sz += ZDOM_GET(zone, i)->uzd_nitems;
4878                 return (sz * zone->uz_size);
4879         }
4880         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
4881                 sz += zone->uz_keg->uk_domain[i].ud_pages;
4882
4883         return (sz * PAGE_SIZE);
4884 }
4885
4886 /* See uma.h */
4887 void
4888 uma_reclaim(int req)
4889 {
4890
4891         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
4892         sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
4893         bucket_enable();
4894
4895         switch (req) {
4896         case UMA_RECLAIM_TRIM:
4897                 zone_foreach(zone_trim, NULL);
4898                 break;
4899         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
4900         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
4901                 zone_foreach(zone_drain, NULL);
4902                 if (req == UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU) {
4903                         pcpu_cache_drain_safe(NULL);
4904                         zone_foreach(zone_drain, NULL);
4905                 }
4906                 break;
4907         default:
4908                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
4909         }
4910
4911         /*
4912          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
4913          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
4914          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
4915          */
4916         zone_drain(slabzones[0], NULL);
4917         zone_drain(slabzones[1], NULL);
4918         bucket_zone_drain();
4919         sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
4920 }
4921
4922 static volatile int uma_reclaim_needed;
4923
4924 void
4925 uma_reclaim_wakeup(void)
4926 {
4927
4928         if (atomic_fetchadd_int(&uma_reclaim_needed, 1) == 0)
4929                 wakeup(uma_reclaim);
4930 }
4931
4932 void
4933 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
4934 {
4935
4936         for (;;) {
4937                 sx_xlock(&uma_reclaim_lock);
4938                 while (atomic_load_int(&uma_reclaim_needed) == 0)
4939                         sx_sleep(uma_reclaim, &uma_reclaim_lock, PVM, "umarcl",
4940                             hz);
4941                 sx_xunlock(&uma_reclaim_lock);
4942                 EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
4943                 uma_reclaim(UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU);
4944                 atomic_store_int(&uma_reclaim_needed, 0);
4945                 /* Don't fire more than once per-second. */
4946                 pause("umarclslp", hz);
4947         }
4948 }
4949
4950 /* See uma.h */
4951 void
4952 uma_zone_reclaim(uma_zone_t zone, int req)
4953 {
4954
4955         switch (req) {
4956         case UMA_RECLAIM_TRIM:
4957                 zone_trim(zone, NULL);
4958                 break;
4959         case UMA_RECLAIM_DRAIN:
4960                 zone_drain(zone, NULL);
4961                 break;
4962         case UMA_RECLAIM_DRAIN_CPU:
4963                 pcpu_cache_drain_safe(zone);
4964                 zone_drain(zone, NULL);
4965                 break;
4966         default:
4967                 panic("unhandled reclamation request %d", req);
4968         }
4969 }
4970
4971 /* See uma.h */
4972 int
4973 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
4974 {
4975
4976         return (atomic_load_32(&zone->uz_sleepers) > 0);
4977 }
4978
4979 unsigned long
4980 uma_limit(void)
4981 {
4982
4983         return (uma_kmem_limit);
4984 }
4985
4986 void
4987 uma_set_limit(unsigned long limit)
4988 {
4989
4990         uma_kmem_limit = limit;
4991 }
4992
4993 unsigned long
4994 uma_size(void)
4995 {
4996
4997         return (atomic_load_long(&uma_kmem_total));
4998 }
4999
5000 long
5001 uma_avail(void)
5002 {
5003
5004         return (uma_kmem_limit - uma_size());
5005 }
5006
5007 #ifdef DDB
5008 /*
5009  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
5010  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
5011  *
5012  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
5013  * per-CPU cache statistic.
5014  *
5015  */
5016 static void
5017 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, long *cachefreep, uint64_t *allocsp,
5018     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp, uint64_t *xdomainp)
5019 {
5020         uma_cache_t cache;
5021         uint64_t allocs, frees, sleeps, xdomain;
5022         int cachefree, cpu;
5023
5024         allocs = frees = sleeps = xdomain = 0;
5025         cachefree = 0;
5026         CPU_FOREACH(cpu) {
5027                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
5028                 cachefree += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5029                 cachefree += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5030                 xdomain += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5031                 cachefree += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5032                 allocs += cache->uc_allocs;
5033                 frees += cache->uc_frees;
5034         }
5035         allocs += counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5036         frees += counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5037         xdomain += counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5038         sleeps += z->uz_sleeps;
5039         if (cachefreep != NULL)
5040                 *cachefreep = cachefree;
5041         if (allocsp != NULL)
5042                 *allocsp = allocs;
5043         if (freesp != NULL)
5044                 *freesp = frees;
5045         if (sleepsp != NULL)
5046                 *sleepsp = sleeps;
5047         if (xdomainp != NULL)
5048                 *xdomainp = xdomain;
5049 }
5050 #endif /* DDB */
5051
5052 static int
5053 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5054 {
5055         uma_keg_t kz;
5056         uma_zone_t z;
5057         int count;
5058
5059         count = 0;
5060         rw_rlock(&uma_rwlock);
5061         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5062                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5063                         count++;
5064         }
5065         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5066                 count++;
5067
5068         rw_runlock(&uma_rwlock);
5069         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
5070 }
5071
5072 static void
5073 uma_vm_zone_stats(struct uma_type_header *uth, uma_zone_t z, struct sbuf *sbuf,
5074     struct uma_percpu_stat *ups, bool internal)
5075 {
5076         uma_zone_domain_t zdom;
5077         uma_cache_t cache;
5078         int i;
5079
5080         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5081                 zdom = ZDOM_GET(z, i);
5082                 uth->uth_zone_free += zdom->uzd_nitems;
5083         }
5084         uth->uth_allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5085         uth->uth_frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5086         uth->uth_fails = counter_u64_fetch(z->uz_fails);
5087         uth->uth_xdomain = counter_u64_fetch(z->uz_xdomain);
5088         uth->uth_sleeps = z->uz_sleeps;
5089
5090         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++) {
5091                 bzero(&ups[i], sizeof(*ups));
5092                 if (internal || CPU_ABSENT(i))
5093                         continue;
5094                 cache = &z->uz_cpu[i];
5095                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_allocbucket.ucb_cnt;
5096                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_freebucket.ucb_cnt;
5097                 ups[i].ups_cache_free += cache->uc_crossbucket.ucb_cnt;
5098                 ups[i].ups_allocs = cache->uc_allocs;
5099                 ups[i].ups_frees = cache->uc_frees;
5100         }
5101 }
5102
5103 static int
5104 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5105 {
5106         struct uma_stream_header ush;
5107         struct uma_type_header uth;
5108         struct uma_percpu_stat *ups;
5109         struct sbuf sbuf;
5110         uma_keg_t kz;
5111         uma_zone_t z;
5112         uint64_t items;
5113         uint32_t kfree, pages;
5114         int count, error, i;
5115
5116         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
5117         if (error != 0)
5118                 return (error);
5119         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
5120         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
5121         ups = malloc((mp_maxid + 1) * sizeof(*ups), M_TEMP, M_WAITOK);
5122
5123         count = 0;
5124         rw_rlock(&uma_rwlock);
5125         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5126                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
5127                         count++;
5128         }
5129
5130         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link)
5131                 count++;
5132
5133         /*
5134          * Insert stream header.
5135          */
5136         bzero(&ush, sizeof(ush));
5137         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
5138         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
5139         ush.ush_count = count;
5140         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
5141
5142         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5143                 kfree = pages = 0;
5144                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5145                         kfree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5146                         pages += kz->uk_domain[i].ud_pages;
5147                 }
5148                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5149                         bzero(&uth, sizeof(uth));
5150                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5151                         uth.uth_align = kz->uk_align;
5152                         uth.uth_size = kz->uk_size;
5153                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
5154                         if (z->uz_max_items > 0) {
5155                                 items = UZ_ITEMS_COUNT(z->uz_items);
5156                                 uth.uth_pages = (items / kz->uk_ipers) *
5157                                         kz->uk_ppera;
5158                         } else
5159                                 uth.uth_pages = pages;
5160                         uth.uth_maxpages = (z->uz_max_items / kz->uk_ipers) *
5161                             kz->uk_ppera;
5162                         uth.uth_limit = z->uz_max_items;
5163                         uth.uth_keg_free = kfree;
5164
5165                         /*
5166                          * A zone is secondary is it is not the first entry
5167                          * on the keg's zone list.
5168                          */
5169                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5170                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
5171                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
5172                         uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups,
5173                             kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL);
5174                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5175                         for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5176                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5177                 }
5178         }
5179         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5180                 bzero(&uth, sizeof(uth));
5181                 strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
5182                 uth.uth_size = z->uz_size;
5183                 uma_vm_zone_stats(&uth, z, &sbuf, ups, false);
5184                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
5185                 for (i = 0; i < mp_maxid + 1; i++)
5186                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups[i], sizeof(ups[i]));
5187         }
5188
5189         rw_runlock(&uma_rwlock);
5190         error = sbuf_finish(&sbuf);
5191         sbuf_delete(&sbuf);
5192         free(ups, M_TEMP);
5193         return (error);
5194 }
5195
5196 int
5197 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5198 {
5199         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5200         int error, max;
5201
5202         max = uma_zone_get_max(zone);
5203         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
5204         if (error || !req->newptr)
5205                 return (error);
5206
5207         uma_zone_set_max(zone, max);
5208
5209         return (0);
5210 }
5211
5212 int
5213 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5214 {
5215         uma_zone_t zone;
5216         int cur;
5217
5218         /*
5219          * Some callers want to add sysctls for global zones that
5220          * may not yet exist so they pass a pointer to a pointer.
5221          */
5222         if (arg2 == 0)
5223                 zone = *(uma_zone_t *)arg1;
5224         else
5225                 zone = arg1;
5226         cur = uma_zone_get_cur(zone);
5227         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
5228 }
5229
5230 static int
5231 sysctl_handle_uma_zone_allocs(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5232 {
5233         uma_zone_t zone = arg1;
5234         uint64_t cur;
5235
5236         cur = uma_zone_get_allocs(zone);
5237         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5238 }
5239
5240 static int
5241 sysctl_handle_uma_zone_frees(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5242 {
5243         uma_zone_t zone = arg1;
5244         uint64_t cur;
5245
5246         cur = uma_zone_get_frees(zone);
5247         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5248 }
5249
5250 static int
5251 sysctl_handle_uma_zone_flags(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5252 {
5253         struct sbuf sbuf;
5254         uma_zone_t zone = arg1;
5255         int error;
5256
5257         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 0, req);
5258         if (zone->uz_flags != 0)
5259                 sbuf_printf(&sbuf, "0x%b", zone->uz_flags, PRINT_UMA_ZFLAGS);
5260         else
5261                 sbuf_printf(&sbuf, "0");
5262         error = sbuf_finish(&sbuf);
5263         sbuf_delete(&sbuf);
5264
5265         return (error);
5266 }
5267
5268 static int
5269 sysctl_handle_uma_slab_efficiency(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5270 {
5271         uma_keg_t keg = arg1;
5272         int avail, effpct, total;
5273
5274         total = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
5275         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_OFFPAGE) != 0)
5276                 total += slabzone(keg->uk_ipers)->uz_keg->uk_rsize;
5277         /*
5278          * We consider the client's requested size and alignment here, not the
5279          * real size determination uk_rsize, because we also adjust the real
5280          * size for internal implementation reasons (max bitset size).
5281          */
5282         avail = keg->uk_ipers * roundup2(keg->uk_size, keg->uk_align + 1);
5283         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) != 0)
5284                 avail *= mp_maxid + 1;
5285         effpct = 100 * avail / total;
5286         return (sysctl_handle_int(oidp, &effpct, 0, req));
5287 }
5288
5289 static int
5290 sysctl_handle_uma_zone_items(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
5291 {
5292         uma_zone_t zone = arg1;
5293         uint64_t cur;
5294
5295         cur = UZ_ITEMS_COUNT(atomic_load_64(&zone->uz_items));
5296         return (sysctl_handle_64(oidp, &cur, 0, req));
5297 }
5298
5299 #ifdef INVARIANTS
5300 static uma_slab_t
5301 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
5302 {
5303         uma_slab_t slab;
5304         uma_keg_t keg;
5305         uint8_t *mem;
5306
5307         /*
5308          * It is safe to return the slab here even though the
5309          * zone is unlocked because the item's allocation state
5310          * essentially holds a reference.
5311          */
5312         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
5313         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5314                 return (NULL);
5315         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_VTOSLAB)
5316                 return (vtoslab((vm_offset_t)mem));
5317         keg = zone->uz_keg;
5318         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_HASH) == 0)
5319                 return ((uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff));
5320         KEG_LOCK(keg, 0);
5321         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
5322         KEG_UNLOCK(keg, 0);
5323
5324         return (slab);
5325 }
5326
5327 static bool
5328 uma_dbg_zskip(uma_zone_t zone, void *mem)
5329 {
5330
5331         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_CACHE) != 0)
5332                 return (true);
5333
5334         return (uma_dbg_kskip(zone->uz_keg, mem));
5335 }
5336
5337 static bool
5338 uma_dbg_kskip(uma_keg_t keg, void *mem)
5339 {
5340         uintptr_t idx;
5341
5342         if (dbg_divisor == 0)
5343                 return (true);
5344
5345         if (dbg_divisor == 1)
5346                 return (false);
5347
5348         idx = (uintptr_t)mem >> PAGE_SHIFT;
5349         if (keg->uk_ipers > 1) {
5350                 idx *= keg->uk_ipers;
5351                 idx += ((uintptr_t)mem & PAGE_MASK) / keg->uk_rsize;
5352         }
5353
5354         if ((idx / dbg_divisor) * dbg_divisor != idx) {
5355                 counter_u64_add(uma_skip_cnt, 1);
5356                 return (true);
5357         }
5358         counter_u64_add(uma_dbg_cnt, 1);
5359
5360         return (false);
5361 }
5362
5363 /*
5364  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
5365  *
5366  */
5367 static void
5368 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5369 {
5370         uma_keg_t keg;
5371         int freei;
5372
5373         if (slab == NULL) {
5374                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5375                 if (slab == NULL)
5376                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s",
5377                             item, zone->uz_name);
5378         }
5379         keg = zone->uz_keg;
5380         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5381
5382         if (BIT_ISSET(keg->uk_ipers, freei, slab_dbg_bits(slab, keg)))
5383                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5384                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5385         BIT_SET_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei, slab_dbg_bits(slab, keg));
5386 }
5387
5388 /*
5389  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
5390  * and duplicate frees.
5391  *
5392  */
5393 static void
5394 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
5395 {
5396         uma_keg_t keg;
5397         int freei;
5398
5399         if (slab == NULL) {
5400                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
5401                 if (slab == NULL)
5402                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s",
5403                             item, zone->uz_name);
5404         }
5405         keg = zone->uz_keg;
5406         freei = slab_item_index(slab, keg, item);
5407
5408         if (freei >= keg->uk_ipers)
5409                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5410                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5411
5412         if (slab_item(slab, keg, freei) != item)
5413                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5414                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5415
5416         if (!BIT_ISSET(keg->uk_ipers, freei, slab_dbg_bits(slab, keg)))
5417                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)",
5418                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
5419
5420         BIT_CLR_ATOMIC(keg->uk_ipers, freei, slab_dbg_bits(slab, keg));
5421 }
5422 #endif /* INVARIANTS */
5423
5424 #ifdef DDB
5425 static int64_t
5426 get_uma_stats(uma_keg_t kz, uma_zone_t z, uint64_t *allocs, uint64_t *used,
5427     uint64_t *sleeps, long *cachefree, uint64_t *xdomain)
5428 {
5429         uint64_t frees;
5430         int i;
5431
5432         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
5433                 *allocs = counter_u64_fetch(z->uz_allocs);
5434                 frees = counter_u64_fetch(z->uz_frees);
5435                 *sleeps = z->uz_sleeps;
5436                 *cachefree = 0;
5437                 *xdomain = 0;
5438         } else
5439                 uma_zone_sumstat(z, cachefree, allocs, &frees, sleeps,
5440                     xdomain);
5441         for (i = 0; i < vm_ndomains; i++) {
5442                 *cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5443                 if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
5444                     (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
5445                         *cachefree += kz->uk_domain[i].ud_free_items;
5446         }
5447         *used = *allocs - frees;
5448         return (((int64_t)*used + *cachefree) * kz->uk_size);
5449 }
5450
5451 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
5452 {
5453         const char *fmt_hdr, *fmt_entry;
5454         uma_keg_t kz;
5455         uma_zone_t z;
5456         uint64_t allocs, used, sleeps, xdomain;
5457         long cachefree;
5458         /* variables for sorting */
5459         uma_keg_t cur_keg;
5460         uma_zone_t cur_zone, last_zone;
5461         int64_t cur_size, last_size, size;
5462         int ties;
5463
5464         /* /i option produces machine-parseable CSV output */
5465         if (modif[0] == 'i') {
5466                 fmt_hdr = "%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s,%s\n";
5467                 fmt_entry = "\"%s\",%ju,%jd,%ld,%ju,%ju,%u,%jd,%ju\n";
5468         } else {
5469                 fmt_hdr = "%18s %6s %7s %7s %11s %7s %7s %10s %8s\n";
5470                 fmt_entry = "%18s %6ju %7jd %7ld %11ju %7ju %7u %10jd %8ju\n";
5471         }
5472
5473         db_printf(fmt_hdr, "Zone", "Size", "Used", "Free", "Requests",
5474             "Sleeps", "Bucket", "Total Mem", "XFree");
5475
5476         /* Sort the zones with largest size first. */
5477         last_zone = NULL;
5478         last_size = INT64_MAX;
5479         for (;;) {
5480                 cur_zone = NULL;
5481                 cur_size = -1;
5482                 ties = 0;
5483                 LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
5484                         LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
5485                                 /*
5486                                  * In the case of size ties, print out zones
5487                                  * in the order they are encountered.  That is,
5488                                  * when we encounter the most recently output
5489                                  * zone, we have already printed all preceding
5490                                  * ties, and we must print all following ties.
5491                                  */
5492                                 if (z == last_zone) {
5493                                         ties = 1;
5494                                         continue;
5495                                 }
5496                                 size = get_uma_stats(kz, z, &allocs, &used,
5497                                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5498                                 if (size > cur_size && size < last_size + ties)
5499                                 {
5500                                         cur_size = size;
5501                                         cur_zone = z;
5502                                         cur_keg = kz;
5503                                 }
5504                         }
5505                 }
5506                 if (cur_zone == NULL)
5507                         break;
5508
5509                 size = get_uma_stats(cur_keg, cur_zone, &allocs, &used,
5510                     &sleeps, &cachefree, &xdomain);
5511                 db_printf(fmt_entry, cur_zone->uz_name,
5512                     (uintmax_t)cur_keg->uk_size, (intmax_t)used, cachefree,
5513                     (uintmax_t)allocs, (uintmax_t)sleeps,
5514                     (unsigned)cur_zone->uz_bucket_size, (intmax_t)size,
5515                     xdomain);
5516
5517                 if (db_pager_quit)
5518                         return;
5519                 last_zone = cur_zone;
5520                 last_size = cur_size;
5521         }
5522 }
5523
5524 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
5525 {
5526         uma_zone_t z;
5527         uint64_t allocs, frees;
5528         long cachefree;
5529         int i;
5530
5531         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
5532             "Requests", "Bucket");
5533         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
5534                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL, NULL);
5535                 for (i = 0; i < vm_ndomains; i++)
5536                         cachefree += ZDOM_GET(z, i)->uzd_nitems;
5537                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8ld %12ju %8u\n",
5538                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
5539                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
5540                     (uintmax_t)allocs, z->uz_bucket_size);
5541                 if (db_pager_quit)
5542                         return;
5543         }
5544 }
5545 #endif  /* DDB */