]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
Fix operator priority.
[FreeBSD/FreeBSD.git] / sys / vm / uma_core.c
1 /*-
2  * Copyright (c) 2002-2005, 2009, 2013 Jeffrey Roberson <jeff@FreeBSD.org>
3  * Copyright (c) 2004, 2005 Bosko Milekic <bmilekic@FreeBSD.org>
4  * Copyright (c) 2004-2006 Robert N. M. Watson
5  * All rights reserved.
6  *
7  * Redistribution and use in source and binary forms, with or without
8  * modification, are permitted provided that the following conditions
9  * are met:
10  * 1. Redistributions of source code must retain the above copyright
11  *    notice unmodified, this list of conditions, and the following
12  *    disclaimer.
13  * 2. Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
14  *    notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
15  *    documentation and/or other materials provided with the distribution.
16  *
17  * THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY THE AUTHOR ``AS IS'' AND ANY EXPRESS OR
18  * IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED WARRANTIES
19  * OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE DISCLAIMED.
20  * IN NO EVENT SHALL THE AUTHOR BE LIABLE FOR ANY DIRECT, INDIRECT,
21  * INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES (INCLUDING, BUT
22  * NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES; LOSS OF USE,
23  * DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND ON ANY
24  * THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
25  * (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF
26  * THIS SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
27  */
28
29 /*
30  * uma_core.c  Implementation of the Universal Memory allocator
31  *
32  * This allocator is intended to replace the multitude of similar object caches
33  * in the standard FreeBSD kernel.  The intent is to be flexible as well as
34  * efficient.  A primary design goal is to return unused memory to the rest of
35  * the system.  This will make the system as a whole more flexible due to the
36  * ability to move memory to subsystems which most need it instead of leaving
37  * pools of reserved memory unused.
38  *
39  * The basic ideas stem from similar slab/zone based allocators whose algorithms
40  * are well known.
41  *
42  */
43
44 /*
45  * TODO:
46  *      - Improve memory usage for large allocations
47  *      - Investigate cache size adjustments
48  */
49
50 #include <sys/cdefs.h>
51 __FBSDID("$FreeBSD$");
52
53 #include "opt_ddb.h"
54 #include "opt_param.h"
55 #include "opt_vm.h"
56
57 #include <sys/param.h>
58 #include <sys/systm.h>
59 #include <sys/bitset.h>
60 #include <sys/eventhandler.h>
61 #include <sys/kernel.h>
62 #include <sys/types.h>
63 #include <sys/queue.h>
64 #include <sys/malloc.h>
65 #include <sys/ktr.h>
66 #include <sys/lock.h>
67 #include <sys/sysctl.h>
68 #include <sys/mutex.h>
69 #include <sys/proc.h>
70 #include <sys/random.h>
71 #include <sys/rwlock.h>
72 #include <sys/sbuf.h>
73 #include <sys/sched.h>
74 #include <sys/smp.h>
75 #include <sys/taskqueue.h>
76 #include <sys/vmmeter.h>
77
78 #include <vm/vm.h>
79 #include <vm/vm_object.h>
80 #include <vm/vm_page.h>
81 #include <vm/vm_pageout.h>
82 #include <vm/vm_param.h>
83 #include <vm/vm_map.h>
84 #include <vm/vm_kern.h>
85 #include <vm/vm_extern.h>
86 #include <vm/uma.h>
87 #include <vm/uma_int.h>
88 #include <vm/uma_dbg.h>
89
90 #include <ddb/ddb.h>
91
92 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
93 #include <vm/memguard.h>
94 #endif
95
96 /*
97  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
98  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
99  * bss section to bootstrap us.
100  */
101 static struct uma_keg masterkeg;
102 static struct uma_zone masterzone_k;
103 static struct uma_zone masterzone_z;
104 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
105 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
106
107 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
108 static uma_zone_t slabzone;
109
110 /*
111  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
112  * prior to malloc coming up.
113  */
114 static uma_zone_t hashzone;
115
116 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
117 int uma_align_cache = 64 - 1;
118
119 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
120
121 /*
122  * Are we allowed to allocate buckets?
123  */
124 static int bucketdisable = 1;
125
126 /* Linked list of all kegs in the system */
127 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
128
129 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
130 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
131     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
132
133 /* This RW lock protects the keg list */
134 static struct rwlock_padalign __exclusive_cache_line uma_rwlock;
135
136 /*
137  * Pointer and counter to pool of pages, that is preallocated at
138  * startup to bootstrap UMA.  Early zones continue to use the pool
139  * until it is depleted, so allocations may happen after boot, thus
140  * we need a mutex to protect it.
141  */
142 static char *bootmem;
143 static int boot_pages;
144 static struct mtx uma_boot_pages_mtx;
145
146 static struct sx uma_drain_lock;
147
148 /* Is the VM done starting up? */
149 static int booted = 0;
150 #define UMA_STARTUP     1
151 #define UMA_STARTUP2    2
152
153 /*
154  * This is the handle used to schedule events that need to happen
155  * outside of the allocation fast path.
156  */
157 static struct callout uma_callout;
158 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
159
160 /*
161  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
162  * a special allocation function just for zones.
163  */
164 struct uma_zctor_args {
165         const char *name;
166         size_t size;
167         uma_ctor ctor;
168         uma_dtor dtor;
169         uma_init uminit;
170         uma_fini fini;
171         uma_import import;
172         uma_release release;
173         void *arg;
174         uma_keg_t keg;
175         int align;
176         uint32_t flags;
177 };
178
179 struct uma_kctor_args {
180         uma_zone_t zone;
181         size_t size;
182         uma_init uminit;
183         uma_fini fini;
184         int align;
185         uint32_t flags;
186 };
187
188 struct uma_bucket_zone {
189         uma_zone_t      ubz_zone;
190         char            *ubz_name;
191         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
192         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
193 };
194
195 /*
196  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
197  * of two sizes for more efficient space utilization.
198  */
199 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
200     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
201
202 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
203
204 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
205         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
206         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
207         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
208         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
209         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
210         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
211         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
212         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
213         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
214         { NULL, NULL, 0}
215 };
216
217 /*
218  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
219  */
220 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
221
222 /* Prototypes.. */
223
224 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
225 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
226 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
227 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
228 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
229 static void cache_drain(uma_zone_t);
230 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
231 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
232 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
233 static void keg_dtor(void *, int, void *);
234 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
235 static void zone_dtor(void *, int, void *);
236 static int zero_init(void *, int, int);
237 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
238 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
239 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
240 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
241 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
242 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
243 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
244 static void uma_timeout(void *);
245 static void uma_startup3(void);
246 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
247 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
248 static void bucket_enable(void);
249 static void bucket_init(void);
250 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
251 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
252 static void bucket_zone_drain(void);
253 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
254 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
255 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
256 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
257 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
258 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
259     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
260 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
261 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
262 static void uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone);
263
264 void uma_print_zone(uma_zone_t);
265 void uma_print_stats(void);
266 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
267 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
268
269 #ifdef INVARIANTS
270 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
271 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
272 #endif
273
274 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
275
276 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
277     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
278
279 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
280     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
281
282 static int zone_warnings = 1;
283 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
284     "Warn when UMA zones becomes full");
285
286 /*
287  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
288  */
289 static void
290 bucket_enable(void)
291 {
292         bucketdisable = vm_page_count_min();
293 }
294
295 /*
296  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
297  *
298  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
299  * of the header and an array of pointers.
300  */
301 static void
302 bucket_init(void)
303 {
304         struct uma_bucket_zone *ubz;
305         int size;
306
307         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
308                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
309                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
310                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
311                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
312                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
313         }
314 }
315
316 /*
317  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
318  * to allocate the bucket.
319  */
320 static struct uma_bucket_zone *
321 bucket_zone_lookup(int entries)
322 {
323         struct uma_bucket_zone *ubz;
324
325         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
326                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
327                         return (ubz);
328         ubz--;
329         return (ubz);
330 }
331
332 static int
333 bucket_select(int size)
334 {
335         struct uma_bucket_zone *ubz;
336
337         ubz = &bucket_zones[0];
338         if (size > ubz->ubz_maxsize)
339                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
340
341         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
342                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
343                         break;
344         ubz--;
345         return (ubz->ubz_entries);
346 }
347
348 static uma_bucket_t
349 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
350 {
351         struct uma_bucket_zone *ubz;
352         uma_bucket_t bucket;
353
354         /*
355          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
356          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
357          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
358          * low memory situations.
359          */
360         if (bucketdisable)
361                 return (NULL);
362         /*
363          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
364          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
365          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
366          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
367          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
368          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
369          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
370          * free path.
371          */
372         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
373                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
374         else {
375                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
376                         return (NULL);
377                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
378         }
379         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
380                 flags |= M_NOVM;
381         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
382         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
383                 ubz++;
384         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
385         if (bucket) {
386 #ifdef INVARIANTS
387                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
388 #endif
389                 bucket->ub_cnt = 0;
390                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
391         }
392
393         return (bucket);
394 }
395
396 static void
397 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
398 {
399         struct uma_bucket_zone *ubz;
400
401         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
402             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
403         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
404                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
405         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
406         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
407 }
408
409 static void
410 bucket_zone_drain(void)
411 {
412         struct uma_bucket_zone *ubz;
413
414         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
415                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
416 }
417
418 static void
419 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
420 {
421         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
422
423         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
424                 return;
425
426         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
427                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
428 }
429
430 static inline void
431 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
432 {
433
434         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
435                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
436 }
437
438 static void
439 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
440 {
441         uma_klink_t klink;
442
443         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
444                 kegfn(klink->kl_keg);
445 }
446
447 /*
448  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
449  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
450  *
451  * Arguments:
452  *      arg   Unused
453  *
454  * Returns:
455  *      Nothing
456  */
457 static void
458 uma_timeout(void *unused)
459 {
460         bucket_enable();
461         zone_foreach(zone_timeout);
462
463         /* Reschedule this event */
464         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
465 }
466
467 /*
468  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
469  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
470  *
471  *  Returns nothing.
472  */
473 static void
474 keg_timeout(uma_keg_t keg)
475 {
476
477         KEG_LOCK(keg);
478         /*
479          * Expand the keg hash table.
480          *
481          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
482          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
483          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
484          */
485         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
486             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
487                 struct uma_hash newhash;
488                 struct uma_hash oldhash;
489                 int ret;
490
491                 /*
492                  * This is so involved because allocating and freeing
493                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
494                  * I have to do everything in stages and check for
495                  * races.
496                  */
497                 newhash = keg->uk_hash;
498                 KEG_UNLOCK(keg);
499                 ret = hash_alloc(&newhash);
500                 KEG_LOCK(keg);
501                 if (ret) {
502                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
503                                 oldhash = keg->uk_hash;
504                                 keg->uk_hash = newhash;
505                         } else
506                                 oldhash = newhash;
507
508                         KEG_UNLOCK(keg);
509                         hash_free(&oldhash);
510                         return;
511                 }
512         }
513         KEG_UNLOCK(keg);
514 }
515
516 static void
517 zone_timeout(uma_zone_t zone)
518 {
519
520         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
521 }
522
523 /*
524  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
525  * backing store.
526  *
527  * Arguments:
528  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
529  *
530  * Returns:
531  *      1 on success and 0 on failure.
532  */
533 static int
534 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
535 {
536         int oldsize;
537         int alloc;
538
539         oldsize = hash->uh_hashsize;
540
541         /* We're just going to go to a power of two greater */
542         if (oldsize)  {
543                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
544                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
545                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
546                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
547         } else {
548                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
549                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
550                     M_WAITOK);
551                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
552         }
553         if (hash->uh_slab_hash) {
554                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
555                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
556                 return (1);
557         }
558
559         return (0);
560 }
561
562 /*
563  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
564  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
565  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
566  *
567  * Arguments:
568  *      oldhash  The hash you want to expand
569  *      newhash  The hash structure for the new table
570  *
571  * Returns:
572  *      Nothing
573  *
574  * Discussion:
575  */
576 static int
577 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
578 {
579         uma_slab_t slab;
580         int hval;
581         int i;
582
583         if (!newhash->uh_slab_hash)
584                 return (0);
585
586         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
587                 return (0);
588
589         /*
590          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
591          * full rehash.
592          */
593
594         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
595                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
596                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
597                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
598                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
599                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
600                             slab, us_hlink);
601                 }
602
603         return (1);
604 }
605
606 /*
607  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
608  *
609  * Arguments:
610  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
611  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
612  *
613  * Returns:
614  *      Nothing
615  */
616 static void
617 hash_free(struct uma_hash *hash)
618 {
619         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
620                 return;
621         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
622                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
623         else
624                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
625 }
626
627 /*
628  * Frees all outstanding items in a bucket
629  *
630  * Arguments:
631  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
632  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
633  *
634  * Returns:
635  *      Nothing
636  */
637
638 static void
639 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
640 {
641         int i;
642
643         if (bucket == NULL)
644                 return;
645
646         if (zone->uz_fini)
647                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
648                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
649         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
650         bucket->ub_cnt = 0;
651 }
652
653 /*
654  * Drains the per cpu caches for a zone.
655  *
656  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
657  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
658  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
659  *
660  * Arguments:
661  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
662  *
663  * Returns:
664  *      Nothing
665  */
666 static void
667 cache_drain(uma_zone_t zone)
668 {
669         uma_cache_t cache;
670         int cpu;
671
672         /*
673          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
674          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
675          * of the caches at this point.
676          *
677          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
678          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
679          *
680          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
681          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
682          * there in some form?
683          */
684         CPU_FOREACH(cpu) {
685                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
686                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
687                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
688                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
689                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
690                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
691                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
692                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
693         }
694         ZONE_LOCK(zone);
695         bucket_cache_drain(zone);
696         ZONE_UNLOCK(zone);
697 }
698
699 static void
700 cache_shrink(uma_zone_t zone)
701 {
702
703         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
704                 return;
705
706         ZONE_LOCK(zone);
707         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
708         ZONE_UNLOCK(zone);
709 }
710
711 static void
712 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
713 {
714         uma_cache_t cache;
715         uma_bucket_t b1, b2;
716
717         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
718                 return;
719
720         b1 = b2 = NULL;
721         ZONE_LOCK(zone);
722         critical_enter();
723         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
724         if (cache->uc_allocbucket) {
725                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
726                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
727                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
728                 else
729                         b1 = cache->uc_allocbucket;
730                 cache->uc_allocbucket = NULL;
731         }
732         if (cache->uc_freebucket) {
733                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
734                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
735                             cache->uc_freebucket, ub_link);
736                 else
737                         b2 = cache->uc_freebucket;
738                 cache->uc_freebucket = NULL;
739         }
740         critical_exit();
741         ZONE_UNLOCK(zone);
742         if (b1)
743                 bucket_free(zone, b1, NULL);
744         if (b2)
745                 bucket_free(zone, b2, NULL);
746 }
747
748 /*
749  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
750  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
751  * one by one and enter a critical section on each of them in order
752  * to safely access their cache buckets.
753  * Zone lock must not be held on call this function.
754  */
755 static void
756 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
757 {
758         int cpu;
759
760         /*
761          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
762          */
763         if (zone)
764                 cache_shrink(zone);
765         else
766                 zone_foreach(cache_shrink);
767
768         CPU_FOREACH(cpu) {
769                 thread_lock(curthread);
770                 sched_bind(curthread, cpu);
771                 thread_unlock(curthread);
772
773                 if (zone)
774                         cache_drain_safe_cpu(zone);
775                 else
776                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
777         }
778         thread_lock(curthread);
779         sched_unbind(curthread);
780         thread_unlock(curthread);
781 }
782
783 /*
784  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
785  */
786 static void
787 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
788 {
789         uma_bucket_t bucket;
790
791         /*
792          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
793          * cpu (alloc/free).
794          */
795         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
796                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
797                 ZONE_UNLOCK(zone);
798                 bucket_drain(zone, bucket);
799                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
800                 ZONE_LOCK(zone);
801         }
802
803         /*
804          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
805          * is probably lower then price of global cache drain.
806          */
807         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
808                 zone->uz_count--;
809 }
810
811 static void
812 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
813 {
814         uint8_t *mem;
815         int i;
816         uint8_t flags;
817
818         CTR4(KTR_UMA, "keg_free_slab keg %s(%p) slab %p, returning %d bytes",
819             keg->uk_name, keg, slab, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
820
821         mem = slab->us_data;
822         flags = slab->us_flags;
823         i = start;
824         if (keg->uk_fini != NULL) {
825                 for (i--; i > -1; i--)
826                         keg->uk_fini(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
827                             keg->uk_size);
828         }
829         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
830                 zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
831         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
832 }
833
834 /*
835  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
836  * the pageout daemon.
837  *
838  * Returns nothing.
839  */
840 static void
841 keg_drain(uma_keg_t keg)
842 {
843         struct slabhead freeslabs = { 0 };
844         uma_slab_t slab, tmp;
845
846         /*
847          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
848          * time
849          */
850         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
851                 return;
852
853         CTR3(KTR_UMA, "keg_drain %s(%p) free items: %u",
854             keg->uk_name, keg, keg->uk_free);
855         KEG_LOCK(keg);
856         if (keg->uk_free == 0)
857                 goto finished;
858
859         LIST_FOREACH_SAFE(slab, &keg->uk_free_slab, us_link, tmp) {
860                 /* We have nowhere to free these to. */
861                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT)
862                         continue;
863
864                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
865                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
866                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
867
868                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
869                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
870
871                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
872         }
873 finished:
874         KEG_UNLOCK(keg);
875
876         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
877                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
878                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
879         }
880 }
881
882 static void
883 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
884 {
885
886         /*
887          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
888          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
889          * is the only call that knows the structure will still be available
890          * when it wakes up.
891          */
892         ZONE_LOCK(zone);
893         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
894                 if (waitok == M_NOWAIT)
895                         goto out;
896                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
897         }
898         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
899         bucket_cache_drain(zone);
900         ZONE_UNLOCK(zone);
901         /*
902          * The DRAINING flag protects us from being freed while
903          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
904          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
905          */
906         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
907         ZONE_LOCK(zone);
908         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
909         wakeup(zone);
910 out:
911         ZONE_UNLOCK(zone);
912 }
913
914 void
915 zone_drain(uma_zone_t zone)
916 {
917
918         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
919 }
920
921 /*
922  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
923  *
924  * Arguments:
925  *      wait  Shall we wait?
926  *
927  * Returns:
928  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
929  *      caller specified M_NOWAIT.
930  */
931 static uma_slab_t
932 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
933 {
934         uma_alloc allocf;
935         uma_slab_t slab;
936         uint8_t *mem;
937         uint8_t flags;
938         int i;
939
940         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
941         slab = NULL;
942         mem = NULL;
943
944         allocf = keg->uk_allocf;
945         KEG_UNLOCK(keg);
946
947         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
948                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
949                 if (slab == NULL)
950                         goto out;
951         }
952
953         /*
954          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
955          * first time they are added to a zone.
956          *
957          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
958          */
959
960         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
961                 wait |= M_ZERO;
962         else
963                 wait &= ~M_ZERO;
964
965         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
966                 wait |= M_NODUMP;
967
968         /* zone is passed for legacy reasons. */
969         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
970         if (mem == NULL) {
971                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
972                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
973                 slab = NULL;
974                 goto out;
975         }
976
977         /* Point the slab into the allocated memory */
978         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
979                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
980
981         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
982                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
983                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
984
985         slab->us_keg = keg;
986         slab->us_data = mem;
987         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
988         slab->us_flags = flags;
989         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
990 #ifdef INVARIANTS
991         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
992 #endif
993
994         if (keg->uk_init != NULL) {
995                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
996                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
997                             keg->uk_size, wait) != 0)
998                                 break;
999                 if (i != keg->uk_ipers) {
1000                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1001                         slab = NULL;
1002                         goto out;
1003                 }
1004         }
1005 out:
1006         KEG_LOCK(keg);
1007
1008         CTR3(KTR_UMA, "keg_alloc_slab: allocated slab %p for %s(%p)",
1009             slab, keg->uk_name, keg);
1010
1011         if (slab != NULL) {
1012                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1013                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1014
1015                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1016                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1017         }
1018
1019         return (slab);
1020 }
1021
1022 /*
1023  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1024  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1025  * the VM is ready.
1026  */
1027 static void *
1028 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1029 {
1030         uma_keg_t keg;
1031         void *mem;
1032         int pages;
1033
1034         keg = zone_first_keg(zone);
1035         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1036         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1037
1038         /*
1039          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1040          */
1041         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1042         if (pages <= boot_pages) {
1043                 mem = bootmem;
1044                 boot_pages -= pages;
1045                 bootmem += pages * PAGE_SIZE;
1046                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1047                 *pflag = UMA_SLAB_BOOT;
1048                 return (mem);
1049         }
1050         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1051         if (booted < UMA_STARTUP2)
1052                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1053         /*
1054          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1055          */
1056 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1057         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1058 #else
1059         keg->uk_allocf = page_alloc;
1060 #endif
1061         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1062 }
1063
1064 /*
1065  * Allocates a number of pages from the system
1066  *
1067  * Arguments:
1068  *      bytes  The number of bytes requested
1069  *      wait  Shall we wait?
1070  *
1071  * Returns:
1072  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1073  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1074  */
1075 static void *
1076 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1077 {
1078         void *p;        /* Returned page */
1079
1080         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1081         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1082
1083         return (p);
1084 }
1085
1086 /*
1087  * Allocates a number of pages from within an object
1088  *
1089  * Arguments:
1090  *      bytes  The number of bytes requested
1091  *      wait   Shall we wait?
1092  *
1093  * Returns:
1094  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1095  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1096  */
1097 static void *
1098 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1099 {
1100         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1101         u_long npages;
1102         vm_offset_t retkva, zkva;
1103         vm_page_t p, p_next;
1104         uma_keg_t keg;
1105
1106         TAILQ_INIT(&alloctail);
1107         keg = zone_first_keg(zone);
1108
1109         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1110         while (npages > 0) {
1111                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1112                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ |
1113                     ((wait & M_WAITOK) != 0 ? VM_ALLOC_WAITOK :
1114                     VM_ALLOC_NOWAIT));
1115                 if (p != NULL) {
1116                         /*
1117                          * Since the page does not belong to an object, its
1118                          * listq is unused.
1119                          */
1120                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1121                         npages--;
1122                         continue;
1123                 }
1124                 /*
1125                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1126                  * exit.
1127                  */
1128                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1129                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1130                         vm_page_free(p); 
1131                 }
1132                 return (NULL);
1133         }
1134         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1135         zkva = keg->uk_kva +
1136             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1137         retkva = zkva;
1138         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1139                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1140                 zkva += PAGE_SIZE;
1141         }
1142
1143         return ((void *)retkva);
1144 }
1145
1146 /*
1147  * Frees a number of pages to the system
1148  *
1149  * Arguments:
1150  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1151  *      size  The size of the memory being freed
1152  *      flags The original p->us_flags field
1153  *
1154  * Returns:
1155  *      Nothing
1156  */
1157 static void
1158 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1159 {
1160         struct vmem *vmem;
1161
1162         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1163                 vmem = kmem_arena;
1164         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1165                 vmem = kernel_arena;
1166         else
1167                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %x", flags);
1168
1169         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1170 }
1171
1172 /*
1173  * Zero fill initializer
1174  *
1175  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1176  */
1177 static int
1178 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1179 {
1180         bzero(mem, size);
1181         return (0);
1182 }
1183
1184 /*
1185  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1186  *
1187  * Arguments
1188  *      keg  The zone we should initialize
1189  *
1190  * Returns
1191  *      Nothing
1192  */
1193 static void
1194 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1195 {
1196         u_int rsize;
1197         u_int memused;
1198         u_int wastedspace;
1199         u_int shsize;
1200         u_int slabsize;
1201
1202         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1203                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1204
1205                 slabsize = sizeof(struct pcpu);
1206                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1207                     PAGE_SIZE);
1208         } else {
1209                 slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1210                 keg->uk_ppera = 1;
1211         }
1212
1213         /*
1214          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1215          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1216          * allocation bits for we round it up.
1217          */
1218         rsize = keg->uk_size;
1219         if (rsize < slabsize / SLAB_SETSIZE)
1220                 rsize = slabsize / SLAB_SETSIZE;
1221         if (rsize & keg->uk_align)
1222                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1223         keg->uk_rsize = rsize;
1224
1225         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1226             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1227             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1228
1229         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1230                 shsize = 0;
1231         else 
1232                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1233
1234         keg->uk_ipers = (slabsize - shsize) / rsize;
1235         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1236             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1237
1238         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1239         wastedspace = slabsize - memused;
1240
1241         /*
1242          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1243          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1244          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1245          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1246          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1247          */
1248         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1249             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1250                 return;
1251
1252         /*
1253          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1254          * this if it permits more items per-slab.
1255          *
1256          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1257          * Historically this was not done because the VM could not
1258          * efficiently handle contiguous allocations.
1259          */
1260         if ((wastedspace >= slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1261             (keg->uk_ipers < (slabsize / keg->uk_rsize))) {
1262                 keg->uk_ipers = slabsize / keg->uk_rsize;
1263                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1264                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1265                 CTR6(KTR_UMA, "UMA decided we need offpage slab headers for "
1266                     "keg: %s(%p), calculated wastedspace = %d, "
1267                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1268                     "calculated ipers = %d, "
1269                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, keg, wastedspace,
1270                     slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1271                     slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1272                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1273         }
1274
1275         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1276             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1277                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1278 }
1279
1280 /*
1281  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1282  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1283  * more complicated.
1284  *
1285  * Arguments
1286  *      keg  The keg we should initialize
1287  *
1288  * Returns
1289  *      Nothing
1290  */
1291 static void
1292 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1293 {
1294         u_int shsize;
1295
1296         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1297         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1298             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1299         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1300             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1301
1302         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1303         keg->uk_ipers = 1;
1304         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1305
1306         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1307         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1308                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1309                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1310                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1311                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1312
1313                 if (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera - keg->uk_rsize < shsize) {
1314                         /*
1315                          * We can't do OFFPAGE if we're internal, in which case
1316                          * we need an extra page per allocation to contain the
1317                          * slab header.
1318                          */
1319                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) == 0)
1320                                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1321                         else
1322                                 keg->uk_ppera++;
1323                 }
1324         }
1325
1326         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1327             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1328                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1329 }
1330
1331 static void
1332 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1333 {
1334         int alignsize;
1335         int trailer;
1336         int pages;
1337         int rsize;
1338
1339         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1340             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1341
1342         alignsize = keg->uk_align + 1;
1343         rsize = keg->uk_size;
1344         /*
1345          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1346          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1347          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1348          * would fall on the same boundary every time.
1349          */
1350         if (rsize & keg->uk_align)
1351                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1352         if ((rsize & alignsize) == 0)
1353                 rsize += alignsize;
1354         trailer = rsize - keg->uk_size;
1355         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1356         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1357         keg->uk_rsize = rsize;
1358         keg->uk_ppera = pages;
1359         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1360         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1361         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1362             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1363             keg->uk_ipers));
1364 }
1365
1366 /*
1367  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1368  * the keg onto the global keg list.
1369  *
1370  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1371  *      udata  Actually uma_kctor_args
1372  */
1373 static int
1374 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1375 {
1376         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1377         uma_keg_t keg = mem;
1378         uma_zone_t zone;
1379
1380         bzero(keg, size);
1381         keg->uk_size = arg->size;
1382         keg->uk_init = arg->uminit;
1383         keg->uk_fini = arg->fini;
1384         keg->uk_align = arg->align;
1385         keg->uk_free = 0;
1386         keg->uk_reserve = 0;
1387         keg->uk_pages = 0;
1388         keg->uk_flags = arg->flags;
1389         keg->uk_slabzone = NULL;
1390
1391         /*
1392          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1393          */
1394         zone = arg->zone;
1395         keg->uk_name = zone->uz_name;
1396
1397         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1398                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1399
1400         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1401                 keg->uk_init = zero_init;
1402
1403         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1404                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1405
1406         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1407 #ifdef SMP
1408                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1409 #else
1410                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1411 #endif
1412
1413         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1414                 keg_cachespread_init(keg);
1415         } else {
1416                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1417                         keg_large_init(keg);
1418                 else
1419                         keg_small_init(keg);
1420         }
1421
1422         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1423                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1424
1425         /*
1426          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1427          * startup cache until the vm is ready.
1428          */
1429         if (booted < UMA_STARTUP2)
1430                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1431 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1432         else if (keg->uk_ppera == 1)
1433                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1434 #endif
1435         else
1436                 keg->uk_allocf = page_alloc;
1437 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1438         if (keg->uk_ppera == 1)
1439                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1440         else
1441 #endif
1442                 keg->uk_freef = page_free;
1443
1444         /*
1445          * Initialize keg's lock
1446          */
1447         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1448
1449         /*
1450          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1451          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1452          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1453          */
1454         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1455                 u_int totsize;
1456
1457                 /* Size of the slab struct and free list */
1458                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1459
1460                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1461                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1462                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1463                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1464
1465                 /*
1466                  * The only way the following is possible is if with our
1467                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1468                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1469                  * mathematically possible for all cases, so we make
1470                  * sure here anyway.
1471                  */
1472                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1473                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1474                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1475                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1476                             keg->uk_size);
1477                         panic("UMA slab won't fit.");
1478                 }
1479         }
1480
1481         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1482                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1483
1484         CTR5(KTR_UMA, "keg_ctor %p zone %s(%p) out %d free %d\n",
1485             keg, zone->uz_name, zone,
1486             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
1487             keg->uk_free);
1488
1489         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1490
1491         rw_wlock(&uma_rwlock);
1492         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1493         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1494         return (0);
1495 }
1496
1497 /*
1498  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1499  *
1500  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1501  *      udata  Actually uma_zctor_args
1502  */
1503 static int
1504 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1505 {
1506         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1507         uma_zone_t zone = mem;
1508         uma_zone_t z;
1509         uma_keg_t keg;
1510
1511         bzero(zone, size);
1512         zone->uz_name = arg->name;
1513         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1514         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1515         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1516         zone->uz_init = NULL;
1517         zone->uz_fini = NULL;
1518         zone->uz_allocs = 0;
1519         zone->uz_frees = 0;
1520         zone->uz_fails = 0;
1521         zone->uz_sleeps = 0;
1522         zone->uz_count = 0;
1523         zone->uz_count_min = 0;
1524         zone->uz_flags = 0;
1525         zone->uz_warning = NULL;
1526         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1527         keg = arg->keg;
1528
1529         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1530
1531         /*
1532          * This is a pure cache zone, no kegs.
1533          */
1534         if (arg->import) {
1535                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1536                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1537                 zone->uz_flags = arg->flags;
1538                 zone->uz_size = arg->size;
1539                 zone->uz_import = arg->import;
1540                 zone->uz_release = arg->release;
1541                 zone->uz_arg = arg->arg;
1542                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1543                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1544                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1545                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1546                 goto out;
1547         }
1548
1549         /*
1550          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1551          */
1552         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1553         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1554         zone->uz_arg = zone; 
1555
1556         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1557                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1558                 zone->uz_init = arg->uminit;
1559                 zone->uz_fini = arg->fini;
1560                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1561                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1562                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1563                 ZONE_LOCK(zone);
1564                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1565                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1566                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1567                                 break;
1568                         }
1569                 }
1570                 ZONE_UNLOCK(zone);
1571                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1572         } else if (keg == NULL) {
1573                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1574                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1575                         return (ENOMEM);
1576         } else {
1577                 struct uma_kctor_args karg;
1578                 int error;
1579
1580                 /* We should only be here from uma_startup() */
1581                 karg.size = arg->size;
1582                 karg.uminit = arg->uminit;
1583                 karg.fini = arg->fini;
1584                 karg.align = arg->align;
1585                 karg.flags = arg->flags;
1586                 karg.zone = zone;
1587                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1588                     flags);
1589                 if (error)
1590                         return (error);
1591         }
1592
1593         /*
1594          * Link in the first keg.
1595          */
1596         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1597         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1598         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1599         zone->uz_size = keg->uk_size;
1600         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1601             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1602
1603         /*
1604          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1605          * caches.  If we're internal, bail out here.
1606          */
1607         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1608                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1609                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1610                 return (0);
1611         }
1612
1613 out:
1614         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) == 0)
1615                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1616         else
1617                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1618         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1619
1620         return (0);
1621 }
1622
1623 /*
1624  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1625  * table and removes the keg from the global list.
1626  *
1627  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1628  *      udata  unused
1629  */
1630 static void
1631 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1632 {
1633         uma_keg_t keg;
1634
1635         keg = (uma_keg_t)arg;
1636         KEG_LOCK(keg);
1637         if (keg->uk_free != 0) {
1638                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1639                     " Lost %d pages of memory.\n",
1640                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1641                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1642         }
1643         KEG_UNLOCK(keg);
1644
1645         hash_free(&keg->uk_hash);
1646
1647         KEG_LOCK_FINI(keg);
1648 }
1649
1650 /*
1651  * Zone header dtor.
1652  *
1653  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1654  *      udata  unused
1655  */
1656 static void
1657 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1658 {
1659         uma_klink_t klink;
1660         uma_zone_t zone;
1661         uma_keg_t keg;
1662
1663         zone = (uma_zone_t)arg;
1664         keg = zone_first_keg(zone);
1665
1666         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1667                 cache_drain(zone);
1668
1669         rw_wlock(&uma_rwlock);
1670         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1671         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1672         /*
1673          * XXX there are some races here where
1674          * the zone can be drained but zone lock
1675          * released and then refilled before we
1676          * remove it... we dont care for now
1677          */
1678         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1679         /*
1680          * Unlink all of our kegs.
1681          */
1682         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1683                 klink->kl_keg = NULL;
1684                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1685                 if (klink == &zone->uz_klink)
1686                         continue;
1687                 free(klink, M_TEMP);
1688         }
1689         /*
1690          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1691          */
1692         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1693                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1694                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1695                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1696                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1697         }
1698         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1699 }
1700
1701 /*
1702  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1703  *
1704  * Arguments:
1705  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1706  *              as an argument.
1707  *
1708  * Returns:
1709  *      Nothing
1710  */
1711 static void
1712 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1713 {
1714         uma_keg_t keg;
1715         uma_zone_t zone;
1716
1717         rw_rlock(&uma_rwlock);
1718         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1719                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1720                         zfunc(zone);
1721         }
1722         rw_runlock(&uma_rwlock);
1723 }
1724
1725 /* Public functions */
1726 /* See uma.h */
1727 void
1728 uma_startup(void *mem, int npages)
1729 {
1730         struct uma_zctor_args args;
1731
1732         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1733
1734         /* "manually" create the initial zone */
1735         memset(&args, 0, sizeof(args));
1736         args.name = "UMA Kegs";
1737         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1738         args.ctor = keg_ctor;
1739         args.dtor = keg_dtor;
1740         args.uminit = zero_init;
1741         args.fini = NULL;
1742         args.keg = &masterkeg;
1743         args.align = 32 - 1;
1744         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1745         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1746         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1747
1748         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1749         bootmem = mem;
1750         boot_pages = npages;
1751
1752         args.name = "UMA Zones";
1753         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1754             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1755         args.ctor = zone_ctor;
1756         args.dtor = zone_dtor;
1757         args.uminit = zero_init;
1758         args.fini = NULL;
1759         args.keg = NULL;
1760         args.align = 32 - 1;
1761         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1762         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1763         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1764
1765         /* Now make a zone for slab headers */
1766         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1767                                 sizeof(struct uma_slab),
1768                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1769                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1770
1771         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1772             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1773             NULL, NULL, NULL, NULL,
1774             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1775
1776         bucket_init();
1777
1778         booted = UMA_STARTUP;
1779 }
1780
1781 /* see uma.h */
1782 void
1783 uma_startup2(void)
1784 {
1785         booted = UMA_STARTUP2;
1786         bucket_enable();
1787         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
1788 }
1789
1790 /*
1791  * Initialize our callout handle
1792  *
1793  */
1794
1795 static void
1796 uma_startup3(void)
1797 {
1798
1799         callout_init(&uma_callout, 1);
1800         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1801 }
1802
1803 static uma_keg_t
1804 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1805                 int align, uint32_t flags)
1806 {
1807         struct uma_kctor_args args;
1808
1809         args.size = size;
1810         args.uminit = uminit;
1811         args.fini = fini;
1812         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1813         args.flags = flags;
1814         args.zone = zone;
1815         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1816 }
1817
1818 /* See uma.h */
1819 void
1820 uma_set_align(int align)
1821 {
1822
1823         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1824                 uma_align_cache = align;
1825 }
1826
1827 /* See uma.h */
1828 uma_zone_t
1829 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1830                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1831
1832 {
1833         struct uma_zctor_args args;
1834         uma_zone_t res;
1835         bool locked;
1836
1837         KASSERT(powerof2(align + 1), ("invalid zone alignment %d for \"%s\"",
1838             align, name));
1839
1840         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1841         memset(&args, 0, sizeof(args));
1842         args.name = name;
1843         args.size = size;
1844         args.ctor = ctor;
1845         args.dtor = dtor;
1846         args.uminit = uminit;
1847         args.fini = fini;
1848 #ifdef  INVARIANTS
1849         /*
1850          * If a zone is being created with an empty constructor and
1851          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
1852          * memory use after free.
1853          */
1854         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
1855             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
1856                 args.ctor = trash_ctor;
1857                 args.dtor = trash_dtor;
1858                 args.uminit = trash_init;
1859                 args.fini = trash_fini;
1860         }
1861 #endif
1862         args.align = align;
1863         args.flags = flags;
1864         args.keg = NULL;
1865
1866         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1867                 locked = false;
1868         } else {
1869                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1870                 locked = true;
1871         }
1872         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1873         if (locked)
1874                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1875         return (res);
1876 }
1877
1878 /* See uma.h */
1879 uma_zone_t
1880 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1881                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1882 {
1883         struct uma_zctor_args args;
1884         uma_keg_t keg;
1885         uma_zone_t res;
1886         bool locked;
1887
1888         keg = zone_first_keg(master);
1889         memset(&args, 0, sizeof(args));
1890         args.name = name;
1891         args.size = keg->uk_size;
1892         args.ctor = ctor;
1893         args.dtor = dtor;
1894         args.uminit = zinit;
1895         args.fini = zfini;
1896         args.align = keg->uk_align;
1897         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1898         args.keg = keg;
1899
1900         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1901                 locked = false;
1902         } else {
1903                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1904                 locked = true;
1905         }
1906         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1907         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1908         if (locked)
1909                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1910         return (res);
1911 }
1912
1913 /* See uma.h */
1914 uma_zone_t
1915 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1916                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
1917                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
1918 {
1919         struct uma_zctor_args args;
1920
1921         memset(&args, 0, sizeof(args));
1922         args.name = name;
1923         args.size = size;
1924         args.ctor = ctor;
1925         args.dtor = dtor;
1926         args.uminit = zinit;
1927         args.fini = zfini;
1928         args.import = zimport;
1929         args.release = zrelease;
1930         args.arg = arg;
1931         args.align = 0;
1932         args.flags = flags;
1933
1934         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
1935 }
1936
1937 static void
1938 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1939 {
1940         if (a < b) {
1941                 ZONE_LOCK(a);
1942                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1943         } else {
1944                 ZONE_LOCK(b);
1945                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
1946         }
1947 }
1948
1949 static void
1950 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1951 {
1952
1953         ZONE_UNLOCK(a);
1954         ZONE_UNLOCK(b);
1955 }
1956
1957 int
1958 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
1959 {
1960         uma_klink_t klink;
1961         uma_klink_t kl;
1962         int error;
1963
1964         error = 0;
1965         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
1966
1967         zone_lock_pair(zone, master);
1968         /*
1969          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
1970          * a secondary.
1971          */
1972         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
1973             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
1974                 error = EINVAL;
1975                 goto out;
1976         }
1977         /*
1978          * The new master must also use vtoslab().
1979          */
1980         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
1981                 error = EINVAL;
1982                 goto out;
1983         }
1984
1985         /*
1986          * The underlying object must be the same size.  rsize
1987          * may be different.
1988          */
1989         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
1990                 error = E2BIG;
1991                 goto out;
1992         }
1993         /*
1994          * Put it at the end of the list.
1995          */
1996         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
1997         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
1998                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
1999                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2000                         break;
2001                 }
2002         }
2003         klink = NULL;
2004         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2005         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2006
2007 out:
2008         zone_unlock_pair(zone, master);
2009         if (klink != NULL)
2010                 free(klink, M_TEMP);
2011
2012         return (error);
2013 }
2014
2015
2016 /* See uma.h */
2017 void
2018 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2019 {
2020
2021         sx_slock(&uma_drain_lock);
2022         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2023         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2024 }
2025
2026 void
2027 uma_zwait(uma_zone_t zone)
2028 {
2029         void *item;
2030
2031         item = uma_zalloc_arg(zone, NULL, M_WAITOK);
2032         uma_zfree(zone, item);
2033 }
2034
2035 /* See uma.h */
2036 void *
2037 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2038 {
2039         void *item;
2040         uma_cache_t cache;
2041         uma_bucket_t bucket;
2042         int lockfail;
2043         int cpu;
2044
2045         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2046         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2047
2048         /* This is the fast path allocation */
2049         CTR4(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s(%p) flags %d",
2050             curthread, zone->uz_name, zone, flags);
2051
2052         if (flags & M_WAITOK) {
2053                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2054                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2055         }
2056         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2057             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2058
2059 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2060         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2061                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2062                 if (item != NULL) {
2063                         if (zone->uz_init != NULL &&
2064                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2065                                 return (NULL);
2066                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2067                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2068                             flags) != 0) {
2069                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2070                                 return (NULL);
2071                         }
2072                         return (item);
2073                 }
2074                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2075         }
2076 #endif
2077         /*
2078          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2079          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2080          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2081          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2082          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2083          * preemption and migration.  We release the critical section in
2084          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2085          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2086          * must detect and handle migration if it has occurred.
2087          */
2088         critical_enter();
2089         cpu = curcpu;
2090         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2091
2092 zalloc_start:
2093         bucket = cache->uc_allocbucket;
2094         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2095                 bucket->ub_cnt--;
2096                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2097 #ifdef INVARIANTS
2098                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2099 #endif
2100                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2101                 cache->uc_allocs++;
2102                 critical_exit();
2103                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2104                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2105                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2106                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2107                         return (NULL);
2108                 }
2109 #ifdef INVARIANTS
2110                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2111 #endif
2112                 if (flags & M_ZERO)
2113                         uma_zero_item(item, zone);
2114                 return (item);
2115         }
2116
2117         /*
2118          * We have run out of items in our alloc bucket.
2119          * See if we can switch with our free bucket.
2120          */
2121         bucket = cache->uc_freebucket;
2122         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2123                 CTR2(KTR_UMA,
2124                     "uma_zalloc: zone %s(%p) swapping empty with alloc",
2125                     zone->uz_name, zone);
2126                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2127                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2128                 goto zalloc_start;
2129         }
2130
2131         /*
2132          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2133          */
2134         bucket = cache->uc_allocbucket;
2135         cache->uc_allocbucket = NULL;
2136         critical_exit();
2137         if (bucket != NULL)
2138                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2139
2140         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2141         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2142                 goto zalloc_item;
2143
2144         /*
2145          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2146          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2147          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2148          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2149          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2150          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2151          * the critical section.
2152          */
2153         lockfail = 0;
2154         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2155                 /* Record contention to size the buckets. */
2156                 ZONE_LOCK(zone);
2157                 lockfail = 1;
2158         }
2159         critical_enter();
2160         cpu = curcpu;
2161         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2162
2163         /*
2164          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2165          */
2166         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2167         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2168         cache->uc_allocs = 0;
2169         cache->uc_frees = 0;
2170
2171         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2172         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2173                 ZONE_UNLOCK(zone);
2174                 goto zalloc_start;
2175         }
2176
2177         /*
2178          * Check the zone's cache of buckets.
2179          */
2180         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2181                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2182                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2183
2184                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2185                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2186                 ZONE_UNLOCK(zone);
2187                 goto zalloc_start;
2188         }
2189         /* We are no longer associated with this CPU. */
2190         critical_exit();
2191
2192         /*
2193          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2194          * handle the working set.
2195          */
2196         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2197                 zone->uz_count++;
2198         ZONE_UNLOCK(zone);
2199
2200         /*
2201          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2202          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2203          * will use the just filled bucket.
2204          */
2205         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2206         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc: zone %s(%p) bucket zone returned %p",
2207             zone->uz_name, zone, bucket);
2208         if (bucket != NULL) {
2209                 ZONE_LOCK(zone);
2210                 critical_enter();
2211                 cpu = curcpu;
2212                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2213                 /*
2214                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2215                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2216                  * the memory directly.
2217                  */
2218                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2219                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2220                 else
2221                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2222                 ZONE_UNLOCK(zone);
2223                 goto zalloc_start;
2224         }
2225
2226         /*
2227          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2228          */
2229 zalloc_item:
2230         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2231
2232         return (item);
2233 }
2234
2235 static uma_slab_t
2236 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2237 {
2238         uma_slab_t slab;
2239         int reserve;
2240
2241         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2242         slab = NULL;
2243         reserve = 0;
2244         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2245                 reserve = keg->uk_reserve;
2246
2247         for (;;) {
2248                 /*
2249                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2250                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2251                  * fragmentation.
2252                  */
2253                 if (keg->uk_free > reserve) {
2254                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2255                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2256                         } else {
2257                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2258                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2259                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2260                                     us_link);
2261                         }
2262                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2263                         return (slab);
2264                 }
2265
2266                 /*
2267                  * M_NOVM means don't ask at all!
2268                  */
2269                 if (flags & M_NOVM)
2270                         break;
2271
2272                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2273                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2274                         /*
2275                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2276                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2277                          */
2278                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2279                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2280                                 zone_log_warning(zone);
2281                                 zone_maxaction(zone);
2282                         }
2283                         if (flags & M_NOWAIT)
2284                                 break;
2285                         zone->uz_sleeps++;
2286                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2287                         continue;
2288                 }
2289                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2290                 /*
2291                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2292                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2293                  * at least one item.
2294                  */
2295                 if (slab) {
2296                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2297                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2298                         return (slab);
2299                 }
2300                 /*
2301                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2302                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2303                  * fail.
2304                  */
2305                 flags |= M_NOVM;
2306         }
2307         return (slab);
2308 }
2309
2310 static uma_slab_t
2311 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2312 {
2313         uma_slab_t slab;
2314
2315         if (keg == NULL) {
2316                 keg = zone_first_keg(zone);
2317                 KEG_LOCK(keg);
2318         }
2319
2320         for (;;) {
2321                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2322                 if (slab)
2323                         return (slab);
2324                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2325                         break;
2326         }
2327         KEG_UNLOCK(keg);
2328         return (NULL);
2329 }
2330
2331 /*
2332  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2333  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2334  *
2335  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2336  */
2337 static uma_slab_t
2338 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2339 {
2340         uma_klink_t klink;
2341         uma_slab_t slab;
2342         uma_keg_t keg;
2343         int flags;
2344         int empty;
2345         int full;
2346
2347         /*
2348          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2349          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2350          * without blocking.
2351          */
2352         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2353         /*
2354          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2355          * the search.
2356          */
2357         if (last != NULL) {
2358                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2359                 if (slab)
2360                         return (slab);
2361                 KEG_UNLOCK(last);
2362         }
2363         /*
2364          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2365          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2366          * required but we've done it for so long now.
2367          */
2368         for (;;) {
2369                 empty = 0;
2370                 full = 0;
2371                 /*
2372                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2373                  * correct lock while calling into the keg layer.
2374                  */
2375                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2376                         keg = klink->kl_keg;
2377                         KEG_LOCK(keg);
2378                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2379                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2380                                 if (slab)
2381                                         return (slab);
2382                         }
2383                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2384                                 full++;
2385                         else
2386                                 empty++;
2387                         KEG_UNLOCK(keg);
2388                 }
2389                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2390                         break;
2391                 flags = rflags;
2392                 /*
2393                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2394                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2395                  */
2396                 if (full && !empty) {
2397                         ZONE_LOCK(zone);
2398                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2399                         zone->uz_sleeps++;
2400                         zone_log_warning(zone);
2401                         zone_maxaction(zone);
2402                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2403                             "zonelimit", hz/100);
2404                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2405                         ZONE_UNLOCK(zone);
2406                         continue;
2407                 }
2408         }
2409         return (NULL);
2410 }
2411
2412 static void *
2413 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2414 {
2415         void *item;
2416         uint8_t freei;
2417
2418         MPASS(keg == slab->us_keg);
2419         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2420
2421         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2422         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2423         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2424         slab->us_freecount--;
2425         keg->uk_free--;
2426
2427         /* Move this slab to the full list */
2428         if (slab->us_freecount == 0) {
2429                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2430                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2431         }
2432
2433         return (item);
2434 }
2435
2436 static int
2437 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2438 {
2439         uma_slab_t slab;
2440         uma_keg_t keg;
2441         int i;
2442
2443         slab = NULL;
2444         keg = NULL;
2445         /* Try to keep the buckets totally full */
2446         for (i = 0; i < max; ) {
2447                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2448                         break;
2449                 keg = slab->us_keg;
2450                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2451                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2452                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2453                                 break;
2454                 }
2455                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2456                 flags &= ~M_WAITOK;
2457                 flags |= M_NOWAIT;
2458         }
2459         if (slab != NULL)
2460                 KEG_UNLOCK(keg);
2461
2462         return i;
2463 }
2464
2465 static uma_bucket_t
2466 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2467 {
2468         uma_bucket_t bucket;
2469         int max;
2470
2471         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2472         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2473         if (bucket == NULL)
2474                 return (NULL);
2475
2476         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2477         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2478             max, flags);
2479
2480         /*
2481          * Initialize the memory if necessary.
2482          */
2483         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2484                 int i;
2485
2486                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2487                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2488                             flags) != 0)
2489                                 break;
2490                 /*
2491                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2492                  * rest back onto the freelist.
2493                  */
2494                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2495                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2496                             bucket->ub_cnt - i);
2497 #ifdef INVARIANTS
2498                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2499                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2500 #endif
2501                         bucket->ub_cnt = i;
2502                 }
2503         }
2504
2505         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2506                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2507                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2508                 return (NULL);
2509         }
2510
2511         return (bucket);
2512 }
2513
2514 /*
2515  * Allocates a single item from a zone.
2516  *
2517  * Arguments
2518  *      zone   The zone to alloc for.
2519  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2520  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2521  *
2522  * Returns
2523  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2524  *      An item if successful
2525  */
2526
2527 static void *
2528 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2529 {
2530         void *item;
2531
2532         item = NULL;
2533
2534         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2535                 goto fail;
2536         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2537
2538         /*
2539          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2540          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2541          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2542          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2543          */
2544         if (zone->uz_init != NULL) {
2545                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2546                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2547                         goto fail;
2548                 }
2549         }
2550         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2551                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2552                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2553                         goto fail;
2554                 }
2555         }
2556 #ifdef INVARIANTS
2557         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2558 #endif
2559         if (flags & M_ZERO)
2560                 uma_zero_item(item, zone);
2561
2562         CTR3(KTR_UMA, "zone_alloc_item item %p from %s(%p)", item,
2563             zone->uz_name, zone);
2564
2565         return (item);
2566
2567 fail:
2568         CTR2(KTR_UMA, "zone_alloc_item failed from %s(%p)",
2569             zone->uz_name, zone);
2570         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2571         return (NULL);
2572 }
2573
2574 /* See uma.h */
2575 void
2576 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2577 {
2578         uma_cache_t cache;
2579         uma_bucket_t bucket;
2580         int lockfail;
2581         int cpu;
2582
2583         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2584         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2585
2586         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2587             zone->uz_name);
2588
2589         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2590             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
2591
2592         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2593         if (item == NULL)
2594                 return;
2595 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2596         if (is_memguard_addr(item)) {
2597                 if (zone->uz_dtor != NULL)
2598                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2599                 if (zone->uz_fini != NULL)
2600                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2601                 memguard_free(item);
2602                 return;
2603         }
2604 #endif
2605 #ifdef INVARIANTS
2606         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2607                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2608         else
2609                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2610 #endif
2611         if (zone->uz_dtor != NULL)
2612                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2613
2614         /*
2615          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2616          * a little longer for the limits to be reset.
2617          */
2618         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2619                 goto zfree_item;
2620
2621         /*
2622          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2623          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2624          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2625          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2626          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2627          * preemption and migration.  We release the critical section in
2628          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2629          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2630          * detect and handle migration if it has occurred.
2631          */
2632 zfree_restart:
2633         critical_enter();
2634         cpu = curcpu;
2635         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2636
2637 zfree_start:
2638         /*
2639          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2640          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2641          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2642          */
2643         bucket = cache->uc_allocbucket;
2644         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2645                 bucket = cache->uc_freebucket;
2646         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2647                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2648                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2649                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2650                 bucket->ub_cnt++;
2651                 cache->uc_frees++;
2652                 critical_exit();
2653                 return;
2654         }
2655
2656         /*
2657          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2658          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2659          * section.  Since the critical section is released, we may be
2660          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2661          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2662          * the critical section.
2663          */
2664         critical_exit();
2665         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2666                 goto zfree_item;
2667
2668         lockfail = 0;
2669         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2670                 /* Record contention to size the buckets. */
2671                 ZONE_LOCK(zone);
2672                 lockfail = 1;
2673         }
2674         critical_enter();
2675         cpu = curcpu;
2676         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2677
2678         /*
2679          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2680          */
2681         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2682         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2683         cache->uc_allocs = 0;
2684         cache->uc_frees = 0;
2685
2686         bucket = cache->uc_freebucket;
2687         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2688                 ZONE_UNLOCK(zone);
2689                 goto zfree_start;
2690         }
2691         cache->uc_freebucket = NULL;
2692         /* We are no longer associated with this CPU. */
2693         critical_exit();
2694
2695         /* Can we throw this on the zone full list? */
2696         if (bucket != NULL) {
2697                 CTR3(KTR_UMA,
2698                     "uma_zfree: zone %s(%p) putting bucket %p on free list",
2699                     zone->uz_name, zone, bucket);
2700                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2701                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2702                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2703                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2704         }
2705
2706         /*
2707          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2708          * handle the working set.
2709          */
2710         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2711                 zone->uz_count++;
2712         ZONE_UNLOCK(zone);
2713
2714         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2715         CTR3(KTR_UMA, "uma_zfree: zone %s(%p) allocated bucket %p",
2716             zone->uz_name, zone, bucket);
2717         if (bucket) {
2718                 critical_enter();
2719                 cpu = curcpu;
2720                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2721                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2722                         cache->uc_freebucket = bucket;
2723                         goto zfree_start;
2724                 }
2725                 /*
2726                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2727                  * critical section to free the bucket.
2728                  */
2729                 critical_exit();
2730                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2731                 goto zfree_restart;
2732         }
2733
2734         /*
2735          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2736          */
2737 zfree_item:
2738         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2739
2740         return;
2741 }
2742
2743 static void
2744 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2745 {
2746         uint8_t freei;
2747
2748         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2749         MPASS(keg == slab->us_keg);
2750
2751         /* Do we need to remove from any lists? */
2752         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2753                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2754                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2755         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2756                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2757                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2758         }
2759
2760         /* Slab management. */
2761         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2762         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2763         slab->us_freecount++;
2764
2765         /* Keg statistics. */
2766         keg->uk_free++;
2767 }
2768
2769 static void
2770 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2771 {
2772         void *item;
2773         uma_slab_t slab;
2774         uma_keg_t keg;
2775         uint8_t *mem;
2776         int clearfull;
2777         int i;
2778
2779         clearfull = 0;
2780         keg = zone_first_keg(zone);
2781         KEG_LOCK(keg);
2782         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2783                 item = bucket[i];
2784                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2785                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2786                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2787                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2788                         } else {
2789                                 mem += keg->uk_pgoff;
2790                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2791                         }
2792                 } else {
2793                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2794                         if (slab->us_keg != keg) {
2795                                 KEG_UNLOCK(keg);
2796                                 keg = slab->us_keg;
2797                                 KEG_LOCK(keg);
2798                         }
2799                 }
2800                 slab_free_item(keg, slab, item);
2801                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2802                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2803                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2804                                 clearfull = 1;
2805                         }
2806
2807                         /* 
2808                          * We can handle one more allocation. Since we're
2809                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2810                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2811                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2812                          * threads etc).
2813                          */
2814                         wakeup(keg);
2815                 }
2816         }
2817         KEG_UNLOCK(keg);
2818         if (clearfull) {
2819                 ZONE_LOCK(zone);
2820                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2821                 wakeup(zone);
2822                 ZONE_UNLOCK(zone);
2823         }
2824
2825 }
2826
2827 /*
2828  * Frees a single item to any zone.
2829  *
2830  * Arguments:
2831  *      zone   The zone to free to
2832  *      item   The item we're freeing
2833  *      udata  User supplied data for the dtor
2834  *      skip   Skip dtors and finis
2835  */
2836 static void
2837 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2838 {
2839
2840 #ifdef INVARIANTS
2841         if (skip == SKIP_NONE) {
2842                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2843                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2844                 else
2845                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2846         }
2847 #endif
2848         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2849                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2850
2851         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2852                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2853
2854         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2855         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2856 }
2857
2858 /* See uma.h */
2859 int
2860 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2861 {
2862         uma_keg_t keg;
2863
2864         keg = zone_first_keg(zone);
2865         if (keg == NULL)
2866                 return (0);
2867         KEG_LOCK(keg);
2868         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2869         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2870                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2871         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2872         KEG_UNLOCK(keg);
2873
2874         return (nitems);
2875 }
2876
2877 /* See uma.h */
2878 int
2879 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2880 {
2881         int nitems;
2882         uma_keg_t keg;
2883
2884         keg = zone_first_keg(zone);
2885         if (keg == NULL)
2886                 return (0);
2887         KEG_LOCK(keg);
2888         nitems = (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers;
2889         KEG_UNLOCK(keg);
2890
2891         return (nitems);
2892 }
2893
2894 /* See uma.h */
2895 void
2896 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2897 {
2898
2899         ZONE_LOCK(zone);
2900         zone->uz_warning = warning;
2901         ZONE_UNLOCK(zone);
2902 }
2903
2904 /* See uma.h */
2905 void
2906 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
2907 {
2908
2909         ZONE_LOCK(zone);
2910         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
2911         ZONE_UNLOCK(zone);
2912 }
2913
2914 /* See uma.h */
2915 int
2916 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2917 {
2918         int64_t nitems;
2919         u_int i;
2920
2921         ZONE_LOCK(zone);
2922         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2923         CPU_FOREACH(i) {
2924                 /*
2925                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
2926                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
2927                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
2928                  */
2929                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
2930                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
2931         }
2932         ZONE_UNLOCK(zone);
2933
2934         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
2935 }
2936
2937 /* See uma.h */
2938 void
2939 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2940 {
2941         uma_keg_t keg;
2942
2943         keg = zone_first_keg(zone);
2944         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
2945         KEG_LOCK(keg);
2946         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
2947             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
2948         keg->uk_init = uminit;
2949         KEG_UNLOCK(keg);
2950 }
2951
2952 /* See uma.h */
2953 void
2954 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
2955 {
2956         uma_keg_t keg;
2957
2958         keg = zone_first_keg(zone);
2959         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
2960         KEG_LOCK(keg);
2961         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
2962             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
2963         keg->uk_fini = fini;
2964         KEG_UNLOCK(keg);
2965 }
2966
2967 /* See uma.h */
2968 void
2969 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
2970 {
2971
2972         ZONE_LOCK(zone);
2973         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
2974             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
2975         zone->uz_init = zinit;
2976         ZONE_UNLOCK(zone);
2977 }
2978
2979 /* See uma.h */
2980 void
2981 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
2982 {
2983
2984         ZONE_LOCK(zone);
2985         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
2986             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
2987         zone->uz_fini = zfini;
2988         ZONE_UNLOCK(zone);
2989 }
2990
2991 /* See uma.h */
2992 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
2993 void
2994 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
2995 {
2996         uma_keg_t keg;
2997
2998         keg = zone_first_keg(zone);
2999         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3000         KEG_LOCK(keg);
3001         keg->uk_freef = freef;
3002         KEG_UNLOCK(keg);
3003 }
3004
3005 /* See uma.h */
3006 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3007 void
3008 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3009 {
3010         uma_keg_t keg;
3011
3012         keg = zone_first_keg(zone);
3013         KEG_LOCK(keg);
3014         keg->uk_allocf = allocf;
3015         KEG_UNLOCK(keg);
3016 }
3017
3018 /* See uma.h */
3019 void
3020 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3021 {
3022         uma_keg_t keg;
3023
3024         keg = zone_first_keg(zone);
3025         if (keg == NULL)
3026                 return;
3027         KEG_LOCK(keg);
3028         keg->uk_reserve = items;
3029         KEG_UNLOCK(keg);
3030
3031         return;
3032 }
3033
3034 /* See uma.h */
3035 int
3036 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3037 {
3038         uma_keg_t keg;
3039         vm_offset_t kva;
3040         u_int pages;
3041
3042         keg = zone_first_keg(zone);
3043         if (keg == NULL)
3044                 return (0);
3045         pages = count / keg->uk_ipers;
3046
3047         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3048                 pages++;
3049         pages *= keg->uk_ppera;
3050
3051 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3052         if (keg->uk_ppera > 1) {
3053 #else
3054         if (1) {
3055 #endif
3056                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * PAGE_SIZE);
3057                 if (kva == 0)
3058                         return (0);
3059         } else
3060                 kva = 0;
3061         KEG_LOCK(keg);
3062         keg->uk_kva = kva;
3063         keg->uk_offset = 0;
3064         keg->uk_maxpages = pages;
3065 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3066         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3067 #else
3068         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3069 #endif
3070         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3071         KEG_UNLOCK(keg);
3072
3073         return (1);
3074 }
3075
3076 /* See uma.h */
3077 void
3078 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3079 {
3080         int slabs;
3081         uma_slab_t slab;
3082         uma_keg_t keg;
3083
3084         keg = zone_first_keg(zone);
3085         if (keg == NULL)
3086                 return;
3087         KEG_LOCK(keg);
3088         slabs = items / keg->uk_ipers;
3089         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3090                 slabs++;
3091         while (slabs > 0) {
3092                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3093                 if (slab == NULL)
3094                         break;
3095                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3096                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3097                 slabs--;
3098         }
3099         KEG_UNLOCK(keg);
3100 }
3101
3102 /* See uma.h */
3103 static void
3104 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3105 {
3106
3107         CTR0(KTR_UMA, "UMA: vm asked us to release pages!");
3108         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3109         bucket_enable();
3110         zone_foreach(zone_drain);
3111         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3112                 cache_drain_safe(NULL);
3113                 zone_foreach(zone_drain);
3114         }
3115         /*
3116          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3117          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3118          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3119          */
3120         zone_drain(slabzone);
3121         bucket_zone_drain();
3122 }
3123
3124 void
3125 uma_reclaim(void)
3126 {
3127
3128         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3129         uma_reclaim_locked(false);
3130         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3131 }
3132
3133 static int uma_reclaim_needed;
3134
3135 void
3136 uma_reclaim_wakeup(void)
3137 {
3138
3139         uma_reclaim_needed = 1;
3140         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3141 }
3142
3143 void
3144 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3145 {
3146
3147         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3148         for (;;) {
3149                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3150                     "umarcl", 0);
3151                 if (uma_reclaim_needed) {
3152                         uma_reclaim_needed = 0;
3153                         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3154                         EVENTHANDLER_INVOKE(vm_lowmem, VM_LOW_KMEM);
3155                         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3156                         uma_reclaim_locked(true);
3157                 }
3158         }
3159 }
3160
3161 /* See uma.h */
3162 int
3163 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3164 {
3165         int full;
3166
3167         ZONE_LOCK(zone);
3168         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3169         ZONE_UNLOCK(zone);
3170         return (full);  
3171 }
3172
3173 int
3174 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3175 {
3176         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3177 }
3178
3179 void *
3180 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3181 {
3182         void *mem;
3183         uma_slab_t slab;
3184         uint8_t flags;
3185
3186         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3187         if (slab == NULL)
3188                 return (NULL);
3189         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3190         if (mem) {
3191                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3192                 slab->us_data = mem;
3193                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3194                 slab->us_size = size;
3195         } else {
3196                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3197         }
3198
3199         return (mem);
3200 }
3201
3202 void
3203 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3204 {
3205
3206         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3207         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3208 }
3209
3210 static void
3211 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3212 {
3213         int i;
3214
3215         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3216                 CPU_FOREACH(i)
3217                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3218         } else
3219                 bzero(item, zone->uz_size);
3220 }
3221
3222 void
3223 uma_print_stats(void)
3224 {
3225         zone_foreach(uma_print_zone);
3226 }
3227
3228 static void
3229 slab_print(uma_slab_t slab)
3230 {
3231         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3232                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3233 }
3234
3235 static void
3236 cache_print(uma_cache_t cache)
3237 {
3238         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3239                 cache->uc_allocbucket,
3240                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3241                 cache->uc_freebucket,
3242                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3243 }
3244
3245 static void
3246 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3247 {
3248         uma_slab_t slab;
3249
3250         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3251             "out %d free %d limit %d\n",
3252             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3253             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3254             (keg->uk_pages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers - keg->uk_free,
3255             keg->uk_free, (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3256         printf("Part slabs:\n");
3257         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3258                 slab_print(slab);
3259         printf("Free slabs:\n");
3260         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3261                 slab_print(slab);
3262         printf("Full slabs:\n");
3263         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3264                 slab_print(slab);
3265 }
3266
3267 void
3268 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3269 {
3270         uma_cache_t cache;
3271         uma_klink_t kl;
3272         int i;
3273
3274         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3275             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3276         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3277                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3278         CPU_FOREACH(i) {
3279                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3280                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3281                 cache_print(cache);
3282         }
3283 }
3284
3285 #ifdef DDB
3286 /*
3287  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3288  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3289  *
3290  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3291  * per-CPU cache statistic.
3292  *
3293  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3294  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3295  * directly so that we don't have to.
3296  */
3297 static void
3298 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3299     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3300 {
3301         uma_cache_t cache;
3302         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3303         int cachefree, cpu;
3304
3305         allocs = frees = sleeps = 0;
3306         cachefree = 0;
3307         CPU_FOREACH(cpu) {
3308                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3309                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3310                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3311                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3312                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3313                 allocs += cache->uc_allocs;
3314                 frees += cache->uc_frees;
3315         }
3316         allocs += z->uz_allocs;
3317         frees += z->uz_frees;
3318         sleeps += z->uz_sleeps;
3319         if (cachefreep != NULL)
3320                 *cachefreep = cachefree;
3321         if (allocsp != NULL)
3322                 *allocsp = allocs;
3323         if (freesp != NULL)
3324                 *freesp = frees;
3325         if (sleepsp != NULL)
3326                 *sleepsp = sleeps;
3327 }
3328 #endif /* DDB */
3329
3330 static int
3331 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3332 {
3333         uma_keg_t kz;
3334         uma_zone_t z;
3335         int count;
3336
3337         count = 0;
3338         rw_rlock(&uma_rwlock);
3339         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3340                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3341                         count++;
3342         }
3343         rw_runlock(&uma_rwlock);
3344         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3345 }
3346
3347 static int
3348 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3349 {
3350         struct uma_stream_header ush;
3351         struct uma_type_header uth;
3352         struct uma_percpu_stat ups;
3353         uma_bucket_t bucket;
3354         struct sbuf sbuf;
3355         uma_cache_t cache;
3356         uma_klink_t kl;
3357         uma_keg_t kz;
3358         uma_zone_t z;
3359         uma_keg_t k;
3360         int count, error, i;
3361
3362         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3363         if (error != 0)
3364                 return (error);
3365         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3366         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3367
3368         count = 0;
3369         rw_rlock(&uma_rwlock);
3370         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3371                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3372                         count++;
3373         }
3374
3375         /*
3376          * Insert stream header.
3377          */
3378         bzero(&ush, sizeof(ush));
3379         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3380         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3381         ush.ush_count = count;
3382         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3383
3384         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3385                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3386                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3387                         ZONE_LOCK(z);
3388                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3389                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3390                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3391                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3392                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3393                                 k = kl->kl_keg;
3394                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3395                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3396                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3397                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3398                                     * k->uk_ipers;
3399                         }
3400
3401                         /*
3402                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3403                          * on the keg's zone list.
3404                          */
3405                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3406                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3407                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3408
3409                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3410                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3411                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3412                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3413                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3414                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3415                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3416                         /*
3417                          * While it is not normally safe to access the cache
3418                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3419                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3420                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3421                          * accept the possible race associated with bucket
3422                          * exchange during monitoring.
3423                          */
3424                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3425                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3426                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3427                                         goto skip;
3428                                 if (CPU_ABSENT(i))
3429                                         goto skip;
3430                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3431                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3432                                         ups.ups_cache_free +=
3433                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3434                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3435                                         ups.ups_cache_free +=
3436                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3437                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3438                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3439 skip:
3440                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3441                         }
3442                         ZONE_UNLOCK(z);
3443                 }
3444         }
3445         rw_runlock(&uma_rwlock);
3446         error = sbuf_finish(&sbuf);
3447         sbuf_delete(&sbuf);
3448         return (error);
3449 }
3450
3451 int
3452 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3453 {
3454         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3455         int error, max;
3456
3457         max = uma_zone_get_max(zone);
3458         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3459         if (error || !req->newptr)
3460                 return (error);
3461
3462         uma_zone_set_max(zone, max);
3463
3464         return (0);
3465 }
3466
3467 int
3468 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3469 {
3470         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3471         int cur;
3472
3473         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3474         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3475 }
3476
3477 #ifdef INVARIANTS
3478 static uma_slab_t
3479 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
3480 {
3481         uma_slab_t slab;
3482         uma_keg_t keg;
3483         uint8_t *mem;
3484
3485         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3486         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
3487                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
3488         } else {
3489                 /*
3490                  * It is safe to return the slab here even though the
3491                  * zone is unlocked because the item's allocation state
3492                  * essentially holds a reference.
3493                  */
3494                 ZONE_LOCK(zone);
3495                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
3496                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
3497                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3498                 else
3499                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
3500                 ZONE_UNLOCK(zone);
3501         }
3502
3503         return (slab);
3504 }
3505
3506 /*
3507  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
3508  *
3509  */
3510 static void
3511 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3512 {
3513         uma_keg_t keg;
3514         int freei;
3515
3516         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3517                 return;
3518         if (slab == NULL) {
3519                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3520                 if (slab == NULL) 
3521                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
3522                             item, zone->uz_name);
3523         }
3524         keg = slab->us_keg;
3525         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3526
3527         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3528                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3529                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3530         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3531
3532         return;
3533 }
3534
3535 /*
3536  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
3537  * and duplicate frees.
3538  *
3539  */
3540 static void
3541 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3542 {
3543         uma_keg_t keg;
3544         int freei;
3545
3546         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3547                 return;
3548         if (slab == NULL) {
3549                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3550                 if (slab == NULL) 
3551                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
3552                             item, zone->uz_name);
3553         }
3554         keg = slab->us_keg;
3555         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3556
3557         if (freei >= keg->uk_ipers)
3558                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3559                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3560
3561         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item) 
3562                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3563                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3564
3565         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3566                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3567                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3568
3569         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3570 }
3571 #endif /* INVARIANTS */
3572
3573 #ifdef DDB
3574 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3575 {
3576         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3577         uma_bucket_t bucket;
3578         uma_keg_t kz;
3579         uma_zone_t z;
3580         int cachefree;
3581
3582         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3583             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3584         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3585                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3586                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3587                                 allocs = z->uz_allocs;
3588                                 frees = z->uz_frees;
3589                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3590                                 cachefree = 0;
3591                         } else
3592                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3593                                     &frees, &sleeps);
3594                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3595                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3596                                 cachefree += kz->uk_free;
3597                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3598                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3599                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3600                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3601                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3602                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3603                         if (db_pager_quit)
3604                                 return;
3605                 }
3606         }
3607 }
3608
3609 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3610 {
3611         uint64_t allocs, frees;
3612         uma_bucket_t bucket;
3613         uma_zone_t z;
3614         int cachefree;
3615
3616         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3617             "Requests", "Bucket");
3618         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3619                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3620                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3621                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3622                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3623                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3624                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3625                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3626                 if (db_pager_quit)
3627                         return;
3628         }
3629 }
3630 #endif  /* DDB */