]> CyberLeo.Net >> Repos - FreeBSD/FreeBSD.git/blob - sys/vm/uma_core.c
Update libc++ to release_39 branch r279689.
[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 /* I should really use ktr.. */
54 /*
55 #define UMA_DEBUG 1
56 #define UMA_DEBUG_ALLOC 1
57 #define UMA_DEBUG_ALLOC_1 1
58 */
59
60 #include "opt_ddb.h"
61 #include "opt_param.h"
62 #include "opt_vm.h"
63
64 #include <sys/param.h>
65 #include <sys/systm.h>
66 #include <sys/bitset.h>
67 #include <sys/kernel.h>
68 #include <sys/types.h>
69 #include <sys/queue.h>
70 #include <sys/malloc.h>
71 #include <sys/ktr.h>
72 #include <sys/lock.h>
73 #include <sys/sysctl.h>
74 #include <sys/mutex.h>
75 #include <sys/proc.h>
76 #include <sys/random.h>
77 #include <sys/rwlock.h>
78 #include <sys/sbuf.h>
79 #include <sys/sched.h>
80 #include <sys/smp.h>
81 #include <sys/taskqueue.h>
82 #include <sys/vmmeter.h>
83
84 #include <vm/vm.h>
85 #include <vm/vm_object.h>
86 #include <vm/vm_page.h>
87 #include <vm/vm_pageout.h>
88 #include <vm/vm_param.h>
89 #include <vm/vm_map.h>
90 #include <vm/vm_kern.h>
91 #include <vm/vm_extern.h>
92 #include <vm/uma.h>
93 #include <vm/uma_int.h>
94 #include <vm/uma_dbg.h>
95
96 #include <ddb/ddb.h>
97
98 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
99 #include <vm/memguard.h>
100 #endif
101
102 /*
103  * This is the zone and keg from which all zones are spawned.  The idea is that
104  * even the zone & keg heads are allocated from the allocator, so we use the
105  * bss section to bootstrap us.
106  */
107 static struct uma_keg masterkeg;
108 static struct uma_zone masterzone_k;
109 static struct uma_zone masterzone_z;
110 static uma_zone_t kegs = &masterzone_k;
111 static uma_zone_t zones = &masterzone_z;
112
113 /* This is the zone from which all of uma_slab_t's are allocated. */
114 static uma_zone_t slabzone;
115
116 /*
117  * The initial hash tables come out of this zone so they can be allocated
118  * prior to malloc coming up.
119  */
120 static uma_zone_t hashzone;
121
122 /* The boot-time adjusted value for cache line alignment. */
123 int uma_align_cache = 64 - 1;
124
125 static MALLOC_DEFINE(M_UMAHASH, "UMAHash", "UMA Hash Buckets");
126
127 /*
128  * Are we allowed to allocate buckets?
129  */
130 static int bucketdisable = 1;
131
132 /* Linked list of all kegs in the system */
133 static LIST_HEAD(,uma_keg) uma_kegs = LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_kegs);
134
135 /* Linked list of all cache-only zones in the system */
136 static LIST_HEAD(,uma_zone) uma_cachezones =
137     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_cachezones);
138
139 /* This RW lock protects the keg list */
140 static struct rwlock_padalign uma_rwlock;
141
142 /* Linked list of boot time pages */
143 static LIST_HEAD(,uma_slab) uma_boot_pages =
144     LIST_HEAD_INITIALIZER(uma_boot_pages);
145
146 /* This mutex protects the boot time pages list */
147 static struct mtx_padalign uma_boot_pages_mtx;
148
149 static struct sx uma_drain_lock;
150
151 /* Is the VM done starting up? */
152 static int booted = 0;
153 #define UMA_STARTUP     1
154 #define UMA_STARTUP2    2
155
156 /*
157  * This is the handle used to schedule events that need to happen
158  * outside of the allocation fast path.
159  */
160 static struct callout uma_callout;
161 #define UMA_TIMEOUT     20              /* Seconds for callout interval. */
162
163 /*
164  * This structure is passed as the zone ctor arg so that I don't have to create
165  * a special allocation function just for zones.
166  */
167 struct uma_zctor_args {
168         const char *name;
169         size_t size;
170         uma_ctor ctor;
171         uma_dtor dtor;
172         uma_init uminit;
173         uma_fini fini;
174         uma_import import;
175         uma_release release;
176         void *arg;
177         uma_keg_t keg;
178         int align;
179         uint32_t flags;
180 };
181
182 struct uma_kctor_args {
183         uma_zone_t zone;
184         size_t size;
185         uma_init uminit;
186         uma_fini fini;
187         int align;
188         uint32_t flags;
189 };
190
191 struct uma_bucket_zone {
192         uma_zone_t      ubz_zone;
193         char            *ubz_name;
194         int             ubz_entries;    /* Number of items it can hold. */
195         int             ubz_maxsize;    /* Maximum allocation size per-item. */
196 };
197
198 /*
199  * Compute the actual number of bucket entries to pack them in power
200  * of two sizes for more efficient space utilization.
201  */
202 #define BUCKET_SIZE(n)                                          \
203     (((sizeof(void *) * (n)) - sizeof(struct uma_bucket)) / sizeof(void *))
204
205 #define BUCKET_MAX      BUCKET_SIZE(256)
206
207 struct uma_bucket_zone bucket_zones[] = {
208         { NULL, "4 Bucket", BUCKET_SIZE(4), 4096 },
209         { NULL, "6 Bucket", BUCKET_SIZE(6), 3072 },
210         { NULL, "8 Bucket", BUCKET_SIZE(8), 2048 },
211         { NULL, "12 Bucket", BUCKET_SIZE(12), 1536 },
212         { NULL, "16 Bucket", BUCKET_SIZE(16), 1024 },
213         { NULL, "32 Bucket", BUCKET_SIZE(32), 512 },
214         { NULL, "64 Bucket", BUCKET_SIZE(64), 256 },
215         { NULL, "128 Bucket", BUCKET_SIZE(128), 128 },
216         { NULL, "256 Bucket", BUCKET_SIZE(256), 64 },
217         { NULL, NULL, 0}
218 };
219
220 /*
221  * Flags and enumerations to be passed to internal functions.
222  */
223 enum zfreeskip { SKIP_NONE = 0, SKIP_DTOR, SKIP_FINI };
224
225 /* Prototypes.. */
226
227 static void *noobj_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
228 static void *page_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
229 static void *startup_alloc(uma_zone_t, vm_size_t, uint8_t *, int);
230 static void page_free(void *, vm_size_t, uint8_t);
231 static uma_slab_t keg_alloc_slab(uma_keg_t, uma_zone_t, int);
232 static void cache_drain(uma_zone_t);
233 static void bucket_drain(uma_zone_t, uma_bucket_t);
234 static void bucket_cache_drain(uma_zone_t zone);
235 static int keg_ctor(void *, int, void *, int);
236 static void keg_dtor(void *, int, void *);
237 static int zone_ctor(void *, int, void *, int);
238 static void zone_dtor(void *, int, void *);
239 static int zero_init(void *, int, int);
240 static void keg_small_init(uma_keg_t keg);
241 static void keg_large_init(uma_keg_t keg);
242 static void zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t));
243 static void zone_timeout(uma_zone_t zone);
244 static int hash_alloc(struct uma_hash *);
245 static int hash_expand(struct uma_hash *, struct uma_hash *);
246 static void hash_free(struct uma_hash *hash);
247 static void uma_timeout(void *);
248 static void uma_startup3(void);
249 static void *zone_alloc_item(uma_zone_t, void *, int);
250 static void zone_free_item(uma_zone_t, void *, void *, enum zfreeskip);
251 static void bucket_enable(void);
252 static void bucket_init(void);
253 static uma_bucket_t bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *, int);
254 static void bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t, void *);
255 static void bucket_zone_drain(void);
256 static uma_bucket_t zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *, int flags);
257 static uma_slab_t zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
258 static uma_slab_t zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int flags);
259 static void *slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab);
260 static void slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item);
261 static uma_keg_t uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit,
262     uma_fini fini, int align, uint32_t flags);
263 static int zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags);
264 static void zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt);
265 static void uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone);
266
267 void uma_print_zone(uma_zone_t);
268 void uma_print_stats(void);
269 static int sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
270 static int sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS);
271
272 #ifdef INVARIANTS
273 static void uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
274 static void uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item);
275 #endif
276
277 SYSINIT(uma_startup3, SI_SUB_VM_CONF, SI_ORDER_SECOND, uma_startup3, NULL);
278
279 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_count, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_INT,
280     0, 0, sysctl_vm_zone_count, "I", "Number of UMA zones");
281
282 SYSCTL_PROC(_vm, OID_AUTO, zone_stats, CTLFLAG_RD|CTLTYPE_STRUCT,
283     0, 0, sysctl_vm_zone_stats, "s,struct uma_type_header", "Zone Stats");
284
285 static int zone_warnings = 1;
286 SYSCTL_INT(_vm, OID_AUTO, zone_warnings, CTLFLAG_RWTUN, &zone_warnings, 0,
287     "Warn when UMA zones becomes full");
288
289 /*
290  * This routine checks to see whether or not it's safe to enable buckets.
291  */
292 static void
293 bucket_enable(void)
294 {
295         bucketdisable = vm_page_count_min();
296 }
297
298 /*
299  * Initialize bucket_zones, the array of zones of buckets of various sizes.
300  *
301  * For each zone, calculate the memory required for each bucket, consisting
302  * of the header and an array of pointers.
303  */
304 static void
305 bucket_init(void)
306 {
307         struct uma_bucket_zone *ubz;
308         int size;
309
310         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++) {
311                 size = roundup(sizeof(struct uma_bucket), sizeof(void *));
312                 size += sizeof(void *) * ubz->ubz_entries;
313                 ubz->ubz_zone = uma_zcreate(ubz->ubz_name, size,
314                     NULL, NULL, NULL, NULL, UMA_ALIGN_PTR,
315                     UMA_ZONE_MTXCLASS | UMA_ZFLAG_BUCKET);
316         }
317 }
318
319 /*
320  * Given a desired number of entries for a bucket, return the zone from which
321  * to allocate the bucket.
322  */
323 static struct uma_bucket_zone *
324 bucket_zone_lookup(int entries)
325 {
326         struct uma_bucket_zone *ubz;
327
328         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
329                 if (ubz->ubz_entries >= entries)
330                         return (ubz);
331         ubz--;
332         return (ubz);
333 }
334
335 static int
336 bucket_select(int size)
337 {
338         struct uma_bucket_zone *ubz;
339
340         ubz = &bucket_zones[0];
341         if (size > ubz->ubz_maxsize)
342                 return MAX((ubz->ubz_maxsize * ubz->ubz_entries) / size, 1);
343
344         for (; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
345                 if (ubz->ubz_maxsize < size)
346                         break;
347         ubz--;
348         return (ubz->ubz_entries);
349 }
350
351 static uma_bucket_t
352 bucket_alloc(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
353 {
354         struct uma_bucket_zone *ubz;
355         uma_bucket_t bucket;
356
357         /*
358          * This is to stop us from allocating per cpu buckets while we're
359          * running out of vm.boot_pages.  Otherwise, we would exhaust the
360          * boot pages.  This also prevents us from allocating buckets in
361          * low memory situations.
362          */
363         if (bucketdisable)
364                 return (NULL);
365         /*
366          * To limit bucket recursion we store the original zone flags
367          * in a cookie passed via zalloc_arg/zfree_arg.  This allows the
368          * NOVM flag to persist even through deep recursions.  We also
369          * store ZFLAG_BUCKET once we have recursed attempting to allocate
370          * a bucket for a bucket zone so we do not allow infinite bucket
371          * recursion.  This cookie will even persist to frees of unused
372          * buckets via the allocation path or bucket allocations in the
373          * free path.
374          */
375         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
376                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
377         else {
378                 if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_BUCKET)
379                         return (NULL);
380                 udata = (void *)((uintptr_t)udata | UMA_ZFLAG_BUCKET);
381         }
382         if ((uintptr_t)udata & UMA_ZFLAG_CACHEONLY)
383                 flags |= M_NOVM;
384         ubz = bucket_zone_lookup(zone->uz_count);
385         if (ubz->ubz_zone == zone && (ubz + 1)->ubz_entries != 0)
386                 ubz++;
387         bucket = uma_zalloc_arg(ubz->ubz_zone, udata, flags);
388         if (bucket) {
389 #ifdef INVARIANTS
390                 bzero(bucket->ub_bucket, sizeof(void *) * ubz->ubz_entries);
391 #endif
392                 bucket->ub_cnt = 0;
393                 bucket->ub_entries = ubz->ubz_entries;
394         }
395
396         return (bucket);
397 }
398
399 static void
400 bucket_free(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket, void *udata)
401 {
402         struct uma_bucket_zone *ubz;
403
404         KASSERT(bucket->ub_cnt == 0,
405             ("bucket_free: Freeing a non free bucket."));
406         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_BUCKET) == 0)
407                 udata = (void *)(uintptr_t)zone->uz_flags;
408         ubz = bucket_zone_lookup(bucket->ub_entries);
409         uma_zfree_arg(ubz->ubz_zone, bucket, udata);
410 }
411
412 static void
413 bucket_zone_drain(void)
414 {
415         struct uma_bucket_zone *ubz;
416
417         for (ubz = &bucket_zones[0]; ubz->ubz_entries != 0; ubz++)
418                 zone_drain(ubz->ubz_zone);
419 }
420
421 static void
422 zone_log_warning(uma_zone_t zone)
423 {
424         static const struct timeval warninterval = { 300, 0 };
425
426         if (!zone_warnings || zone->uz_warning == NULL)
427                 return;
428
429         if (ratecheck(&zone->uz_ratecheck, &warninterval))
430                 printf("[zone: %s] %s\n", zone->uz_name, zone->uz_warning);
431 }
432
433 static inline void
434 zone_maxaction(uma_zone_t zone)
435 {
436
437         if (zone->uz_maxaction.ta_func != NULL)
438                 taskqueue_enqueue(taskqueue_thread, &zone->uz_maxaction);
439 }
440
441 static void
442 zone_foreach_keg(uma_zone_t zone, void (*kegfn)(uma_keg_t))
443 {
444         uma_klink_t klink;
445
446         LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link)
447                 kegfn(klink->kl_keg);
448 }
449
450 /*
451  * Routine called by timeout which is used to fire off some time interval
452  * based calculations.  (stats, hash size, etc.)
453  *
454  * Arguments:
455  *      arg   Unused
456  *
457  * Returns:
458  *      Nothing
459  */
460 static void
461 uma_timeout(void *unused)
462 {
463         bucket_enable();
464         zone_foreach(zone_timeout);
465
466         /* Reschedule this event */
467         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
468 }
469
470 /*
471  * Routine to perform timeout driven calculations.  This expands the
472  * hashes and does per cpu statistics aggregation.
473  *
474  *  Returns nothing.
475  */
476 static void
477 keg_timeout(uma_keg_t keg)
478 {
479
480         KEG_LOCK(keg);
481         /*
482          * Expand the keg hash table.
483          *
484          * This is done if the number of slabs is larger than the hash size.
485          * What I'm trying to do here is completely reduce collisions.  This
486          * may be a little aggressive.  Should I allow for two collisions max?
487          */
488         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH &&
489             keg->uk_pages / keg->uk_ppera >= keg->uk_hash.uh_hashsize) {
490                 struct uma_hash newhash;
491                 struct uma_hash oldhash;
492                 int ret;
493
494                 /*
495                  * This is so involved because allocating and freeing
496                  * while the keg lock is held will lead to deadlock.
497                  * I have to do everything in stages and check for
498                  * races.
499                  */
500                 newhash = keg->uk_hash;
501                 KEG_UNLOCK(keg);
502                 ret = hash_alloc(&newhash);
503                 KEG_LOCK(keg);
504                 if (ret) {
505                         if (hash_expand(&keg->uk_hash, &newhash)) {
506                                 oldhash = keg->uk_hash;
507                                 keg->uk_hash = newhash;
508                         } else
509                                 oldhash = newhash;
510
511                         KEG_UNLOCK(keg);
512                         hash_free(&oldhash);
513                         return;
514                 }
515         }
516         KEG_UNLOCK(keg);
517 }
518
519 static void
520 zone_timeout(uma_zone_t zone)
521 {
522
523         zone_foreach_keg(zone, &keg_timeout);
524 }
525
526 /*
527  * Allocate and zero fill the next sized hash table from the appropriate
528  * backing store.
529  *
530  * Arguments:
531  *      hash  A new hash structure with the old hash size in uh_hashsize
532  *
533  * Returns:
534  *      1 on success and 0 on failure.
535  */
536 static int
537 hash_alloc(struct uma_hash *hash)
538 {
539         int oldsize;
540         int alloc;
541
542         oldsize = hash->uh_hashsize;
543
544         /* We're just going to go to a power of two greater */
545         if (oldsize)  {
546                 hash->uh_hashsize = oldsize * 2;
547                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * hash->uh_hashsize;
548                 hash->uh_slab_hash = (struct slabhead *)malloc(alloc,
549                     M_UMAHASH, M_NOWAIT);
550         } else {
551                 alloc = sizeof(hash->uh_slab_hash[0]) * UMA_HASH_SIZE_INIT;
552                 hash->uh_slab_hash = zone_alloc_item(hashzone, NULL,
553                     M_WAITOK);
554                 hash->uh_hashsize = UMA_HASH_SIZE_INIT;
555         }
556         if (hash->uh_slab_hash) {
557                 bzero(hash->uh_slab_hash, alloc);
558                 hash->uh_hashmask = hash->uh_hashsize - 1;
559                 return (1);
560         }
561
562         return (0);
563 }
564
565 /*
566  * Expands the hash table for HASH zones.  This is done from zone_timeout
567  * to reduce collisions.  This must not be done in the regular allocation
568  * path, otherwise, we can recurse on the vm while allocating pages.
569  *
570  * Arguments:
571  *      oldhash  The hash you want to expand
572  *      newhash  The hash structure for the new table
573  *
574  * Returns:
575  *      Nothing
576  *
577  * Discussion:
578  */
579 static int
580 hash_expand(struct uma_hash *oldhash, struct uma_hash *newhash)
581 {
582         uma_slab_t slab;
583         int hval;
584         int i;
585
586         if (!newhash->uh_slab_hash)
587                 return (0);
588
589         if (oldhash->uh_hashsize >= newhash->uh_hashsize)
590                 return (0);
591
592         /*
593          * I need to investigate hash algorithms for resizing without a
594          * full rehash.
595          */
596
597         for (i = 0; i < oldhash->uh_hashsize; i++)
598                 while (!SLIST_EMPTY(&oldhash->uh_slab_hash[i])) {
599                         slab = SLIST_FIRST(&oldhash->uh_slab_hash[i]);
600                         SLIST_REMOVE_HEAD(&oldhash->uh_slab_hash[i], us_hlink);
601                         hval = UMA_HASH(newhash, slab->us_data);
602                         SLIST_INSERT_HEAD(&newhash->uh_slab_hash[hval],
603                             slab, us_hlink);
604                 }
605
606         return (1);
607 }
608
609 /*
610  * Free the hash bucket to the appropriate backing store.
611  *
612  * Arguments:
613  *      slab_hash  The hash bucket we're freeing
614  *      hashsize   The number of entries in that hash bucket
615  *
616  * Returns:
617  *      Nothing
618  */
619 static void
620 hash_free(struct uma_hash *hash)
621 {
622         if (hash->uh_slab_hash == NULL)
623                 return;
624         if (hash->uh_hashsize == UMA_HASH_SIZE_INIT)
625                 zone_free_item(hashzone, hash->uh_slab_hash, NULL, SKIP_NONE);
626         else
627                 free(hash->uh_slab_hash, M_UMAHASH);
628 }
629
630 /*
631  * Frees all outstanding items in a bucket
632  *
633  * Arguments:
634  *      zone   The zone to free to, must be unlocked.
635  *      bucket The free/alloc bucket with items, cpu queue must be locked.
636  *
637  * Returns:
638  *      Nothing
639  */
640
641 static void
642 bucket_drain(uma_zone_t zone, uma_bucket_t bucket)
643 {
644         int i;
645
646         if (bucket == NULL)
647                 return;
648
649         if (zone->uz_fini)
650                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++) 
651                         zone->uz_fini(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size);
652         zone->uz_release(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket, bucket->ub_cnt);
653         bucket->ub_cnt = 0;
654 }
655
656 /*
657  * Drains the per cpu caches for a zone.
658  *
659  * NOTE: This may only be called while the zone is being turn down, and not
660  * during normal operation.  This is necessary in order that we do not have
661  * to migrate CPUs to drain the per-CPU caches.
662  *
663  * Arguments:
664  *      zone     The zone to drain, must be unlocked.
665  *
666  * Returns:
667  *      Nothing
668  */
669 static void
670 cache_drain(uma_zone_t zone)
671 {
672         uma_cache_t cache;
673         int cpu;
674
675         /*
676          * XXX: It is safe to not lock the per-CPU caches, because we're
677          * tearing down the zone anyway.  I.e., there will be no further use
678          * of the caches at this point.
679          *
680          * XXX: It would good to be able to assert that the zone is being
681          * torn down to prevent improper use of cache_drain().
682          *
683          * XXX: We lock the zone before passing into bucket_cache_drain() as
684          * it is used elsewhere.  Should the tear-down path be made special
685          * there in some form?
686          */
687         CPU_FOREACH(cpu) {
688                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
689                 bucket_drain(zone, cache->uc_allocbucket);
690                 bucket_drain(zone, cache->uc_freebucket);
691                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
692                         bucket_free(zone, cache->uc_allocbucket, NULL);
693                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
694                         bucket_free(zone, cache->uc_freebucket, NULL);
695                 cache->uc_allocbucket = cache->uc_freebucket = NULL;
696         }
697         ZONE_LOCK(zone);
698         bucket_cache_drain(zone);
699         ZONE_UNLOCK(zone);
700 }
701
702 static void
703 cache_shrink(uma_zone_t zone)
704 {
705
706         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
707                 return;
708
709         ZONE_LOCK(zone);
710         zone->uz_count = (zone->uz_count_min + zone->uz_count) / 2;
711         ZONE_UNLOCK(zone);
712 }
713
714 static void
715 cache_drain_safe_cpu(uma_zone_t zone)
716 {
717         uma_cache_t cache;
718         uma_bucket_t b1, b2;
719
720         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
721                 return;
722
723         b1 = b2 = NULL;
724         ZONE_LOCK(zone);
725         critical_enter();
726         cache = &zone->uz_cpu[curcpu];
727         if (cache->uc_allocbucket) {
728                 if (cache->uc_allocbucket->ub_cnt != 0)
729                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
730                             cache->uc_allocbucket, ub_link);
731                 else
732                         b1 = cache->uc_allocbucket;
733                 cache->uc_allocbucket = NULL;
734         }
735         if (cache->uc_freebucket) {
736                 if (cache->uc_freebucket->ub_cnt != 0)
737                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets,
738                             cache->uc_freebucket, ub_link);
739                 else
740                         b2 = cache->uc_freebucket;
741                 cache->uc_freebucket = NULL;
742         }
743         critical_exit();
744         ZONE_UNLOCK(zone);
745         if (b1)
746                 bucket_free(zone, b1, NULL);
747         if (b2)
748                 bucket_free(zone, b2, NULL);
749 }
750
751 /*
752  * Safely drain per-CPU caches of a zone(s) to alloc bucket.
753  * This is an expensive call because it needs to bind to all CPUs
754  * one by one and enter a critical section on each of them in order
755  * to safely access their cache buckets.
756  * Zone lock must not be held on call this function.
757  */
758 static void
759 cache_drain_safe(uma_zone_t zone)
760 {
761         int cpu;
762
763         /*
764          * Polite bucket sizes shrinking was not enouth, shrink aggressively.
765          */
766         if (zone)
767                 cache_shrink(zone);
768         else
769                 zone_foreach(cache_shrink);
770
771         CPU_FOREACH(cpu) {
772                 thread_lock(curthread);
773                 sched_bind(curthread, cpu);
774                 thread_unlock(curthread);
775
776                 if (zone)
777                         cache_drain_safe_cpu(zone);
778                 else
779                         zone_foreach(cache_drain_safe_cpu);
780         }
781         thread_lock(curthread);
782         sched_unbind(curthread);
783         thread_unlock(curthread);
784 }
785
786 /*
787  * Drain the cached buckets from a zone.  Expects a locked zone on entry.
788  */
789 static void
790 bucket_cache_drain(uma_zone_t zone)
791 {
792         uma_bucket_t bucket;
793
794         /*
795          * Drain the bucket queues and free the buckets, we just keep two per
796          * cpu (alloc/free).
797          */
798         while ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
799                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
800                 ZONE_UNLOCK(zone);
801                 bucket_drain(zone, bucket);
802                 bucket_free(zone, bucket, NULL);
803                 ZONE_LOCK(zone);
804         }
805
806         /*
807          * Shrink further bucket sizes.  Price of single zone lock collision
808          * is probably lower then price of global cache drain.
809          */
810         if (zone->uz_count > zone->uz_count_min)
811                 zone->uz_count--;
812 }
813
814 static void
815 keg_free_slab(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, int start)
816 {
817         uint8_t *mem;
818         int i;
819         uint8_t flags;
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 #ifdef UMA_DEBUG
832         printf("%s: Returning %d bytes.\n", keg->uk_name,
833             PAGE_SIZE * keg->uk_ppera);
834 #endif
835         keg->uk_freef(mem, PAGE_SIZE * keg->uk_ppera, flags);
836 }
837
838 /*
839  * Frees pages from a keg back to the system.  This is done on demand from
840  * the pageout daemon.
841  *
842  * Returns nothing.
843  */
844 static void
845 keg_drain(uma_keg_t keg)
846 {
847         struct slabhead freeslabs = { 0 };
848         uma_slab_t slab;
849         uma_slab_t n;
850
851         /*
852          * We don't want to take pages from statically allocated kegs at this
853          * time
854          */
855         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NOFREE || keg->uk_freef == NULL)
856                 return;
857
858 #ifdef UMA_DEBUG
859         printf("%s free items: %u\n", keg->uk_name, keg->uk_free);
860 #endif
861         KEG_LOCK(keg);
862         if (keg->uk_free == 0)
863                 goto finished;
864
865         slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
866         while (slab) {
867                 n = LIST_NEXT(slab, us_link);
868
869                 /* We have no where to free these to */
870                 if (slab->us_flags & UMA_SLAB_BOOT) {
871                         slab = n;
872                         continue;
873                 }
874
875                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
876                 keg->uk_pages -= keg->uk_ppera;
877                 keg->uk_free -= keg->uk_ipers;
878
879                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
880                         UMA_HASH_REMOVE(&keg->uk_hash, slab, slab->us_data);
881
882                 SLIST_INSERT_HEAD(&freeslabs, slab, us_hlink);
883
884                 slab = n;
885         }
886 finished:
887         KEG_UNLOCK(keg);
888
889         while ((slab = SLIST_FIRST(&freeslabs)) != NULL) {
890                 SLIST_REMOVE(&freeslabs, slab, uma_slab, us_hlink);
891                 keg_free_slab(keg, slab, keg->uk_ipers);
892         }
893 }
894
895 static void
896 zone_drain_wait(uma_zone_t zone, int waitok)
897 {
898
899         /*
900          * Set draining to interlock with zone_dtor() so we can release our
901          * locks as we go.  Only dtor() should do a WAITOK call since it
902          * is the only call that knows the structure will still be available
903          * when it wakes up.
904          */
905         ZONE_LOCK(zone);
906         while (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_DRAINING) {
907                 if (waitok == M_NOWAIT)
908                         goto out;
909                 msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM, "zonedrain", 1);
910         }
911         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_DRAINING;
912         bucket_cache_drain(zone);
913         ZONE_UNLOCK(zone);
914         /*
915          * The DRAINING flag protects us from being freed while
916          * we're running.  Normally the uma_rwlock would protect us but we
917          * must be able to release and acquire the right lock for each keg.
918          */
919         zone_foreach_keg(zone, &keg_drain);
920         ZONE_LOCK(zone);
921         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_DRAINING;
922         wakeup(zone);
923 out:
924         ZONE_UNLOCK(zone);
925 }
926
927 void
928 zone_drain(uma_zone_t zone)
929 {
930
931         zone_drain_wait(zone, M_NOWAIT);
932 }
933
934 /*
935  * Allocate a new slab for a keg.  This does not insert the slab onto a list.
936  *
937  * Arguments:
938  *      wait  Shall we wait?
939  *
940  * Returns:
941  *      The slab that was allocated or NULL if there is no memory and the
942  *      caller specified M_NOWAIT.
943  */
944 static uma_slab_t
945 keg_alloc_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int wait)
946 {
947         uma_alloc allocf;
948         uma_slab_t slab;
949         uint8_t *mem;
950         uint8_t flags;
951         int i;
952
953         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
954         slab = NULL;
955         mem = NULL;
956
957 #ifdef UMA_DEBUG
958         printf("alloc_slab:  Allocating a new slab for %s\n", keg->uk_name);
959 #endif
960         allocf = keg->uk_allocf;
961         KEG_UNLOCK(keg);
962
963         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) {
964                 slab = zone_alloc_item(keg->uk_slabzone, NULL, wait);
965                 if (slab == NULL)
966                         goto out;
967         }
968
969         /*
970          * This reproduces the old vm_zone behavior of zero filling pages the
971          * first time they are added to a zone.
972          *
973          * Malloced items are zeroed in uma_zalloc.
974          */
975
976         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_MALLOC) == 0)
977                 wait |= M_ZERO;
978         else
979                 wait &= ~M_ZERO;
980
981         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_NODUMP)
982                 wait |= M_NODUMP;
983
984         /* zone is passed for legacy reasons. */
985         mem = allocf(zone, keg->uk_ppera * PAGE_SIZE, &flags, wait);
986         if (mem == NULL) {
987                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
988                         zone_free_item(keg->uk_slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
989                 slab = NULL;
990                 goto out;
991         }
992
993         /* Point the slab into the allocated memory */
994         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE))
995                 slab = (uma_slab_t )(mem + keg->uk_pgoff);
996
997         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)
998                 for (i = 0; i < keg->uk_ppera; i++)
999                         vsetslab((vm_offset_t)mem + (i * PAGE_SIZE), slab);
1000
1001         slab->us_keg = keg;
1002         slab->us_data = mem;
1003         slab->us_freecount = keg->uk_ipers;
1004         slab->us_flags = flags;
1005         BIT_FILL(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free);
1006 #ifdef INVARIANTS
1007         BIT_ZERO(SLAB_SETSIZE, &slab->us_debugfree);
1008 #endif
1009
1010         if (keg->uk_init != NULL) {
1011                 for (i = 0; i < keg->uk_ipers; i++)
1012                         if (keg->uk_init(slab->us_data + (keg->uk_rsize * i),
1013                             keg->uk_size, wait) != 0)
1014                                 break;
1015                 if (i != keg->uk_ipers) {
1016                         keg_free_slab(keg, slab, i);
1017                         slab = NULL;
1018                         goto out;
1019                 }
1020         }
1021 out:
1022         KEG_LOCK(keg);
1023
1024         if (slab != NULL) {
1025                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1026                         UMA_HASH_INSERT(&keg->uk_hash, slab, mem);
1027
1028                 keg->uk_pages += keg->uk_ppera;
1029                 keg->uk_free += keg->uk_ipers;
1030         }
1031
1032         return (slab);
1033 }
1034
1035 /*
1036  * This function is intended to be used early on in place of page_alloc() so
1037  * that we may use the boot time page cache to satisfy allocations before
1038  * the VM is ready.
1039  */
1040 static void *
1041 startup_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1042 {
1043         uma_keg_t keg;
1044         uma_slab_t tmps;
1045         int pages, check_pages;
1046
1047         keg = zone_first_keg(zone);
1048         pages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1049         check_pages = pages - 1;
1050         KASSERT(pages > 0, ("startup_alloc can't reserve 0 pages\n"));
1051
1052         /*
1053          * Check our small startup cache to see if it has pages remaining.
1054          */
1055         mtx_lock(&uma_boot_pages_mtx);
1056
1057         /* First check if we have enough room. */
1058         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1059         while (tmps != NULL && check_pages-- > 0)
1060                 tmps = LIST_NEXT(tmps, us_link);
1061         if (tmps != NULL) {
1062                 /*
1063                  * It's ok to lose tmps references.  The last one will
1064                  * have tmps->us_data pointing to the start address of
1065                  * "pages" contiguous pages of memory.
1066                  */
1067                 while (pages-- > 0) {
1068                         tmps = LIST_FIRST(&uma_boot_pages);
1069                         LIST_REMOVE(tmps, us_link);
1070                 }
1071                 mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1072                 *pflag = tmps->us_flags;
1073                 return (tmps->us_data);
1074         }
1075         mtx_unlock(&uma_boot_pages_mtx);
1076         if (booted < UMA_STARTUP2)
1077                 panic("UMA: Increase vm.boot_pages");
1078         /*
1079          * Now that we've booted reset these users to their real allocator.
1080          */
1081 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1082         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? page_alloc : uma_small_alloc;
1083 #else
1084         keg->uk_allocf = page_alloc;
1085 #endif
1086         return keg->uk_allocf(zone, bytes, pflag, wait);
1087 }
1088
1089 /*
1090  * Allocates a number of pages from the system
1091  *
1092  * Arguments:
1093  *      bytes  The number of bytes requested
1094  *      wait  Shall we wait?
1095  *
1096  * Returns:
1097  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1098  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1099  */
1100 static void *
1101 page_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *pflag, int wait)
1102 {
1103         void *p;        /* Returned page */
1104
1105         *pflag = UMA_SLAB_KMEM;
1106         p = (void *) kmem_malloc(kmem_arena, bytes, wait);
1107
1108         return (p);
1109 }
1110
1111 /*
1112  * Allocates a number of pages from within an object
1113  *
1114  * Arguments:
1115  *      bytes  The number of bytes requested
1116  *      wait   Shall we wait?
1117  *
1118  * Returns:
1119  *      A pointer to the alloced memory or possibly
1120  *      NULL if M_NOWAIT is set.
1121  */
1122 static void *
1123 noobj_alloc(uma_zone_t zone, vm_size_t bytes, uint8_t *flags, int wait)
1124 {
1125         TAILQ_HEAD(, vm_page) alloctail;
1126         u_long npages;
1127         vm_offset_t retkva, zkva;
1128         vm_page_t p, p_next;
1129         uma_keg_t keg;
1130
1131         TAILQ_INIT(&alloctail);
1132         keg = zone_first_keg(zone);
1133
1134         npages = howmany(bytes, PAGE_SIZE);
1135         while (npages > 0) {
1136                 p = vm_page_alloc(NULL, 0, VM_ALLOC_INTERRUPT |
1137                     VM_ALLOC_WIRED | VM_ALLOC_NOOBJ);
1138                 if (p != NULL) {
1139                         /*
1140                          * Since the page does not belong to an object, its
1141                          * listq is unused.
1142                          */
1143                         TAILQ_INSERT_TAIL(&alloctail, p, listq);
1144                         npages--;
1145                         continue;
1146                 }
1147                 if (wait & M_WAITOK) {
1148                         VM_WAIT;
1149                         continue;
1150                 }
1151
1152                 /*
1153                  * Page allocation failed, free intermediate pages and
1154                  * exit.
1155                  */
1156                 TAILQ_FOREACH_SAFE(p, &alloctail, listq, p_next) {
1157                         vm_page_unwire(p, PQ_NONE);
1158                         vm_page_free(p); 
1159                 }
1160                 return (NULL);
1161         }
1162         *flags = UMA_SLAB_PRIV;
1163         zkva = keg->uk_kva +
1164             atomic_fetchadd_long(&keg->uk_offset, round_page(bytes));
1165         retkva = zkva;
1166         TAILQ_FOREACH(p, &alloctail, listq) {
1167                 pmap_qenter(zkva, &p, 1);
1168                 zkva += PAGE_SIZE;
1169         }
1170
1171         return ((void *)retkva);
1172 }
1173
1174 /*
1175  * Frees a number of pages to the system
1176  *
1177  * Arguments:
1178  *      mem   A pointer to the memory to be freed
1179  *      size  The size of the memory being freed
1180  *      flags The original p->us_flags field
1181  *
1182  * Returns:
1183  *      Nothing
1184  */
1185 static void
1186 page_free(void *mem, vm_size_t size, uint8_t flags)
1187 {
1188         struct vmem *vmem;
1189
1190         if (flags & UMA_SLAB_KMEM)
1191                 vmem = kmem_arena;
1192         else if (flags & UMA_SLAB_KERNEL)
1193                 vmem = kernel_arena;
1194         else
1195                 panic("UMA: page_free used with invalid flags %d", flags);
1196
1197         kmem_free(vmem, (vm_offset_t)mem, size);
1198 }
1199
1200 /*
1201  * Zero fill initializer
1202  *
1203  * Arguments/Returns follow uma_init specifications
1204  */
1205 static int
1206 zero_init(void *mem, int size, int flags)
1207 {
1208         bzero(mem, size);
1209         return (0);
1210 }
1211
1212 /*
1213  * Finish creating a small uma keg.  This calculates ipers, and the keg size.
1214  *
1215  * Arguments
1216  *      keg  The zone we should initialize
1217  *
1218  * Returns
1219  *      Nothing
1220  */
1221 static void
1222 keg_small_init(uma_keg_t keg)
1223 {
1224         u_int rsize;
1225         u_int memused;
1226         u_int wastedspace;
1227         u_int shsize;
1228
1229         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
1230                 u_int ncpus = (mp_maxid + 1) ? (mp_maxid + 1) : MAXCPU;
1231
1232                 keg->uk_slabsize = sizeof(struct pcpu);
1233                 keg->uk_ppera = howmany(ncpus * sizeof(struct pcpu),
1234                     PAGE_SIZE);
1235         } else {
1236                 keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1237                 keg->uk_ppera = 1;
1238         }
1239
1240         /*
1241          * Calculate the size of each allocation (rsize) according to
1242          * alignment.  If the requested size is smaller than we have
1243          * allocation bits for we round it up.
1244          */
1245         rsize = keg->uk_size;
1246         if (rsize < keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE)
1247                 rsize = keg->uk_slabsize / SLAB_SETSIZE;
1248         if (rsize & keg->uk_align)
1249                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + (keg->uk_align + 1);
1250         keg->uk_rsize = rsize;
1251
1252         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0 ||
1253             keg->uk_rsize < sizeof(struct pcpu),
1254             ("%s: size %u too large", __func__, keg->uk_rsize));
1255
1256         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1257                 shsize = 0;
1258         else 
1259                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1260
1261         keg->uk_ipers = (keg->uk_slabsize - shsize) / rsize;
1262         KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1263             ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1264
1265         memused = keg->uk_ipers * rsize + shsize;
1266         wastedspace = keg->uk_slabsize - memused;
1267
1268         /*
1269          * We can't do OFFPAGE if we're internal or if we've been
1270          * asked to not go to the VM for buckets.  If we do this we
1271          * may end up going to the VM  for slabs which we do not
1272          * want to do if we're UMA_ZFLAG_CACHEONLY as a result
1273          * of UMA_ZONE_VM, which clearly forbids it.
1274          */
1275         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) ||
1276             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY))
1277                 return;
1278
1279         /*
1280          * See if using an OFFPAGE slab will limit our waste.  Only do
1281          * this if it permits more items per-slab.
1282          *
1283          * XXX We could try growing slabsize to limit max waste as well.
1284          * Historically this was not done because the VM could not
1285          * efficiently handle contiguous allocations.
1286          */
1287         if ((wastedspace >= keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE) &&
1288             (keg->uk_ipers < (keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize))) {
1289                 keg->uk_ipers = keg->uk_slabsize / keg->uk_rsize;
1290                 KASSERT(keg->uk_ipers > 0 && keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1291                     ("%s: keg->uk_ipers %u", __func__, keg->uk_ipers));
1292 #ifdef UMA_DEBUG
1293                 printf("UMA decided we need offpage slab headers for "
1294                     "keg: %s, calculated wastedspace = %d, "
1295                     "maximum wasted space allowed = %d, "
1296                     "calculated ipers = %d, "
1297                     "new wasted space = %d\n", keg->uk_name, wastedspace,
1298                     keg->uk_slabsize / UMA_MAX_WASTE, keg->uk_ipers,
1299                     keg->uk_slabsize - keg->uk_ipers * keg->uk_rsize);
1300 #endif
1301                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1302         }
1303
1304         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1305             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1306                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1307 }
1308
1309 /*
1310  * Finish creating a large (> UMA_SLAB_SIZE) uma kegs.  Just give in and do
1311  * OFFPAGE for now.  When I can allow for more dynamic slab sizes this will be
1312  * more complicated.
1313  *
1314  * Arguments
1315  *      keg  The keg we should initialize
1316  *
1317  * Returns
1318  *      Nothing
1319  */
1320 static void
1321 keg_large_init(uma_keg_t keg)
1322 {
1323         u_int shsize;
1324
1325         KASSERT(keg != NULL, ("Keg is null in keg_large_init"));
1326         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_CACHEONLY) == 0,
1327             ("keg_large_init: Cannot large-init a UMA_ZFLAG_CACHEONLY keg"));
1328         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1329             ("%s: Cannot large-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1330
1331         keg->uk_ppera = howmany(keg->uk_size, PAGE_SIZE);
1332         keg->uk_slabsize = keg->uk_ppera * PAGE_SIZE;
1333         keg->uk_ipers = 1;
1334         keg->uk_rsize = keg->uk_size;
1335
1336         /* We can't do OFFPAGE if we're internal, bail out here. */
1337         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
1338                 return;
1339
1340         /* Check whether we have enough space to not do OFFPAGE. */
1341         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) == 0) {
1342                 shsize = sizeof(struct uma_slab);
1343                 if (shsize & UMA_ALIGN_PTR)
1344                         shsize = (shsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1345                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1346
1347                 if ((PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - keg->uk_rsize < shsize)
1348                         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1349         }
1350
1351         if ((keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE) &&
1352             (keg->uk_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) == 0)
1353                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_HASH;
1354 }
1355
1356 static void
1357 keg_cachespread_init(uma_keg_t keg)
1358 {
1359         int alignsize;
1360         int trailer;
1361         int pages;
1362         int rsize;
1363
1364         KASSERT((keg->uk_flags & UMA_ZONE_PCPU) == 0,
1365             ("%s: Cannot cachespread-init a UMA_ZONE_PCPU keg", __func__));
1366
1367         alignsize = keg->uk_align + 1;
1368         rsize = keg->uk_size;
1369         /*
1370          * We want one item to start on every align boundary in a page.  To
1371          * do this we will span pages.  We will also extend the item by the
1372          * size of align if it is an even multiple of align.  Otherwise, it
1373          * would fall on the same boundary every time.
1374          */
1375         if (rsize & keg->uk_align)
1376                 rsize = (rsize & ~keg->uk_align) + alignsize;
1377         if ((rsize & alignsize) == 0)
1378                 rsize += alignsize;
1379         trailer = rsize - keg->uk_size;
1380         pages = (rsize * (PAGE_SIZE / alignsize)) / PAGE_SIZE;
1381         pages = MIN(pages, (128 * 1024) / PAGE_SIZE);
1382         keg->uk_rsize = rsize;
1383         keg->uk_ppera = pages;
1384         keg->uk_slabsize = UMA_SLAB_SIZE;
1385         keg->uk_ipers = ((pages * PAGE_SIZE) + trailer) / rsize;
1386         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE | UMA_ZONE_VTOSLAB;
1387         KASSERT(keg->uk_ipers <= SLAB_SETSIZE,
1388             ("%s: keg->uk_ipers too high(%d) increase max_ipers", __func__,
1389             keg->uk_ipers));
1390 }
1391
1392 /*
1393  * Keg header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.  And inserts
1394  * the keg onto the global keg list.
1395  *
1396  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1397  *      udata  Actually uma_kctor_args
1398  */
1399 static int
1400 keg_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1401 {
1402         struct uma_kctor_args *arg = udata;
1403         uma_keg_t keg = mem;
1404         uma_zone_t zone;
1405
1406         bzero(keg, size);
1407         keg->uk_size = arg->size;
1408         keg->uk_init = arg->uminit;
1409         keg->uk_fini = arg->fini;
1410         keg->uk_align = arg->align;
1411         keg->uk_free = 0;
1412         keg->uk_reserve = 0;
1413         keg->uk_pages = 0;
1414         keg->uk_flags = arg->flags;
1415         keg->uk_allocf = page_alloc;
1416         keg->uk_freef = page_free;
1417         keg->uk_slabzone = NULL;
1418
1419         /*
1420          * The master zone is passed to us at keg-creation time.
1421          */
1422         zone = arg->zone;
1423         keg->uk_name = zone->uz_name;
1424
1425         if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1426                 keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1427
1428         if (arg->flags & UMA_ZONE_ZINIT)
1429                 keg->uk_init = zero_init;
1430
1431         if (arg->flags & UMA_ZONE_MALLOC)
1432                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_VTOSLAB;
1433
1434         if (arg->flags & UMA_ZONE_PCPU)
1435 #ifdef SMP
1436                 keg->uk_flags |= UMA_ZONE_OFFPAGE;
1437 #else
1438                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZONE_PCPU;
1439 #endif
1440
1441         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_CACHESPREAD) {
1442                 keg_cachespread_init(keg);
1443         } else {
1444                 if (keg->uk_size > (UMA_SLAB_SIZE - sizeof(struct uma_slab)))
1445                         keg_large_init(keg);
1446                 else
1447                         keg_small_init(keg);
1448         }
1449
1450         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)
1451                 keg->uk_slabzone = slabzone;
1452
1453         /*
1454          * If we haven't booted yet we need allocations to go through the
1455          * startup cache until the vm is ready.
1456          */
1457         if (keg->uk_ppera == 1) {
1458 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
1459                 keg->uk_allocf = uma_small_alloc;
1460                 keg->uk_freef = uma_small_free;
1461
1462                 if (booted < UMA_STARTUP)
1463                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1464 #else
1465                 if (booted < UMA_STARTUP2)
1466                         keg->uk_allocf = startup_alloc;
1467 #endif
1468         } else if (booted < UMA_STARTUP2 &&
1469             (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1470                 keg->uk_allocf = startup_alloc;
1471
1472         /*
1473          * Initialize keg's lock
1474          */
1475         KEG_LOCK_INIT(keg, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1476
1477         /*
1478          * If we're putting the slab header in the actual page we need to
1479          * figure out where in each page it goes.  This calculates a right
1480          * justified offset into the memory on an ALIGN_PTR boundary.
1481          */
1482         if (!(keg->uk_flags & UMA_ZONE_OFFPAGE)) {
1483                 u_int totsize;
1484
1485                 /* Size of the slab struct and free list */
1486                 totsize = sizeof(struct uma_slab);
1487
1488                 if (totsize & UMA_ALIGN_PTR)
1489                         totsize = (totsize & ~UMA_ALIGN_PTR) +
1490                             (UMA_ALIGN_PTR + 1);
1491                 keg->uk_pgoff = (PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) - totsize;
1492
1493                 /*
1494                  * The only way the following is possible is if with our
1495                  * UMA_ALIGN_PTR adjustments we are now bigger than
1496                  * UMA_SLAB_SIZE.  I haven't checked whether this is
1497                  * mathematically possible for all cases, so we make
1498                  * sure here anyway.
1499                  */
1500                 totsize = keg->uk_pgoff + sizeof(struct uma_slab);
1501                 if (totsize > PAGE_SIZE * keg->uk_ppera) {
1502                         printf("zone %s ipers %d rsize %d size %d\n",
1503                             zone->uz_name, keg->uk_ipers, keg->uk_rsize,
1504                             keg->uk_size);
1505                         panic("UMA slab won't fit.");
1506                 }
1507         }
1508
1509         if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
1510                 hash_alloc(&keg->uk_hash);
1511
1512 #ifdef UMA_DEBUG
1513         printf("UMA: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d out %d free %d\n",
1514             zone->uz_name, zone, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
1515             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
1516             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free);
1517 #endif
1518
1519         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_zones, zone, uz_link);
1520
1521         rw_wlock(&uma_rwlock);
1522         LIST_INSERT_HEAD(&uma_kegs, keg, uk_link);
1523         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1524         return (0);
1525 }
1526
1527 /*
1528  * Zone header ctor.  This initializes all fields, locks, etc.
1529  *
1530  * Arguments/Returns follow uma_ctor specifications
1531  *      udata  Actually uma_zctor_args
1532  */
1533 static int
1534 zone_ctor(void *mem, int size, void *udata, int flags)
1535 {
1536         struct uma_zctor_args *arg = udata;
1537         uma_zone_t zone = mem;
1538         uma_zone_t z;
1539         uma_keg_t keg;
1540
1541         bzero(zone, size);
1542         zone->uz_name = arg->name;
1543         zone->uz_ctor = arg->ctor;
1544         zone->uz_dtor = arg->dtor;
1545         zone->uz_slab = zone_fetch_slab;
1546         zone->uz_init = NULL;
1547         zone->uz_fini = NULL;
1548         zone->uz_allocs = 0;
1549         zone->uz_frees = 0;
1550         zone->uz_fails = 0;
1551         zone->uz_sleeps = 0;
1552         zone->uz_count = 0;
1553         zone->uz_count_min = 0;
1554         zone->uz_flags = 0;
1555         zone->uz_warning = NULL;
1556         timevalclear(&zone->uz_ratecheck);
1557         keg = arg->keg;
1558
1559         ZONE_LOCK_INIT(zone, (arg->flags & UMA_ZONE_MTXCLASS));
1560
1561         /*
1562          * This is a pure cache zone, no kegs.
1563          */
1564         if (arg->import) {
1565                 if (arg->flags & UMA_ZONE_VM)
1566                         arg->flags |= UMA_ZFLAG_CACHEONLY;
1567                 zone->uz_flags = arg->flags;
1568                 zone->uz_size = arg->size;
1569                 zone->uz_import = arg->import;
1570                 zone->uz_release = arg->release;
1571                 zone->uz_arg = arg->arg;
1572                 zone->uz_lockptr = &zone->uz_lock;
1573                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1574                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_cachezones, zone, uz_link);
1575                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1576                 goto out;
1577         }
1578
1579         /*
1580          * Use the regular zone/keg/slab allocator.
1581          */
1582         zone->uz_import = (uma_import)zone_import;
1583         zone->uz_release = (uma_release)zone_release;
1584         zone->uz_arg = zone; 
1585
1586         if (arg->flags & UMA_ZONE_SECONDARY) {
1587                 KASSERT(arg->keg != NULL, ("Secondary zone on zero'd keg"));
1588                 zone->uz_init = arg->uminit;
1589                 zone->uz_fini = arg->fini;
1590                 zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1591                 zone->uz_flags |= UMA_ZONE_SECONDARY;
1592                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1593                 ZONE_LOCK(zone);
1594                 LIST_FOREACH(z, &keg->uk_zones, uz_link) {
1595                         if (LIST_NEXT(z, uz_link) == NULL) {
1596                                 LIST_INSERT_AFTER(z, zone, uz_link);
1597                                 break;
1598                         }
1599                 }
1600                 ZONE_UNLOCK(zone);
1601                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1602         } else if (keg == NULL) {
1603                 if ((keg = uma_kcreate(zone, arg->size, arg->uminit, arg->fini,
1604                     arg->align, arg->flags)) == NULL)
1605                         return (ENOMEM);
1606         } else {
1607                 struct uma_kctor_args karg;
1608                 int error;
1609
1610                 /* We should only be here from uma_startup() */
1611                 karg.size = arg->size;
1612                 karg.uminit = arg->uminit;
1613                 karg.fini = arg->fini;
1614                 karg.align = arg->align;
1615                 karg.flags = arg->flags;
1616                 karg.zone = zone;
1617                 error = keg_ctor(arg->keg, sizeof(struct uma_keg), &karg,
1618                     flags);
1619                 if (error)
1620                         return (error);
1621         }
1622
1623         /*
1624          * Link in the first keg.
1625          */
1626         zone->uz_klink.kl_keg = keg;
1627         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_kegs, &zone->uz_klink, kl_link);
1628         zone->uz_lockptr = &keg->uk_lock;
1629         zone->uz_size = keg->uk_size;
1630         zone->uz_flags |= (keg->uk_flags &
1631             (UMA_ZONE_INHERIT | UMA_ZFLAG_INHERIT));
1632
1633         /*
1634          * Some internal zones don't have room allocated for the per cpu
1635          * caches.  If we're internal, bail out here.
1636          */
1637         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
1638                 KASSERT((zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0,
1639                     ("Secondary zone requested UMA_ZFLAG_INTERNAL"));
1640                 return (0);
1641         }
1642
1643 out:
1644         if ((arg->flags & UMA_ZONE_MAXBUCKET) == 0)
1645                 zone->uz_count = bucket_select(zone->uz_size);
1646         else
1647                 zone->uz_count = BUCKET_MAX;
1648         zone->uz_count_min = zone->uz_count;
1649
1650         return (0);
1651 }
1652
1653 /*
1654  * Keg header dtor.  This frees all data, destroys locks, frees the hash
1655  * table and removes the keg from the global list.
1656  *
1657  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1658  *      udata  unused
1659  */
1660 static void
1661 keg_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1662 {
1663         uma_keg_t keg;
1664
1665         keg = (uma_keg_t)arg;
1666         KEG_LOCK(keg);
1667         if (keg->uk_free != 0) {
1668                 printf("Freed UMA keg (%s) was not empty (%d items). "
1669                     " Lost %d pages of memory.\n",
1670                     keg->uk_name ? keg->uk_name : "",
1671                     keg->uk_free, keg->uk_pages);
1672         }
1673         KEG_UNLOCK(keg);
1674
1675         hash_free(&keg->uk_hash);
1676
1677         KEG_LOCK_FINI(keg);
1678 }
1679
1680 /*
1681  * Zone header dtor.
1682  *
1683  * Arguments/Returns follow uma_dtor specifications
1684  *      udata  unused
1685  */
1686 static void
1687 zone_dtor(void *arg, int size, void *udata)
1688 {
1689         uma_klink_t klink;
1690         uma_zone_t zone;
1691         uma_keg_t keg;
1692
1693         zone = (uma_zone_t)arg;
1694         keg = zone_first_keg(zone);
1695
1696         if (!(zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL))
1697                 cache_drain(zone);
1698
1699         rw_wlock(&uma_rwlock);
1700         LIST_REMOVE(zone, uz_link);
1701         rw_wunlock(&uma_rwlock);
1702         /*
1703          * XXX there are some races here where
1704          * the zone can be drained but zone lock
1705          * released and then refilled before we
1706          * remove it... we dont care for now
1707          */
1708         zone_drain_wait(zone, M_WAITOK);
1709         /*
1710          * Unlink all of our kegs.
1711          */
1712         while ((klink = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)) != NULL) {
1713                 klink->kl_keg = NULL;
1714                 LIST_REMOVE(klink, kl_link);
1715                 if (klink == &zone->uz_klink)
1716                         continue;
1717                 free(klink, M_TEMP);
1718         }
1719         /*
1720          * We only destroy kegs from non secondary zones.
1721          */
1722         if (keg != NULL && (zone->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) == 0)  {
1723                 rw_wlock(&uma_rwlock);
1724                 LIST_REMOVE(keg, uk_link);
1725                 rw_wunlock(&uma_rwlock);
1726                 zone_free_item(kegs, keg, NULL, SKIP_NONE);
1727         }
1728         ZONE_LOCK_FINI(zone);
1729 }
1730
1731 /*
1732  * Traverses every zone in the system and calls a callback
1733  *
1734  * Arguments:
1735  *      zfunc  A pointer to a function which accepts a zone
1736  *              as an argument.
1737  *
1738  * Returns:
1739  *      Nothing
1740  */
1741 static void
1742 zone_foreach(void (*zfunc)(uma_zone_t))
1743 {
1744         uma_keg_t keg;
1745         uma_zone_t zone;
1746
1747         rw_rlock(&uma_rwlock);
1748         LIST_FOREACH(keg, &uma_kegs, uk_link) {
1749                 LIST_FOREACH(zone, &keg->uk_zones, uz_link)
1750                         zfunc(zone);
1751         }
1752         rw_runlock(&uma_rwlock);
1753 }
1754
1755 /* Public functions */
1756 /* See uma.h */
1757 void
1758 uma_startup(void *bootmem, int boot_pages)
1759 {
1760         struct uma_zctor_args args;
1761         uma_slab_t slab;
1762         int i;
1763
1764 #ifdef UMA_DEBUG
1765         printf("Creating uma keg headers zone and keg.\n");
1766 #endif
1767         rw_init(&uma_rwlock, "UMA lock");
1768
1769         /* "manually" create the initial zone */
1770         memset(&args, 0, sizeof(args));
1771         args.name = "UMA Kegs";
1772         args.size = sizeof(struct uma_keg);
1773         args.ctor = keg_ctor;
1774         args.dtor = keg_dtor;
1775         args.uminit = zero_init;
1776         args.fini = NULL;
1777         args.keg = &masterkeg;
1778         args.align = 32 - 1;
1779         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1780         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1781         zone_ctor(kegs, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1782
1783 #ifdef UMA_DEBUG
1784         printf("Filling boot free list.\n");
1785 #endif
1786         for (i = 0; i < boot_pages; i++) {
1787                 slab = (uma_slab_t)((uint8_t *)bootmem + (i * UMA_SLAB_SIZE));
1788                 slab->us_data = (uint8_t *)slab;
1789                 slab->us_flags = UMA_SLAB_BOOT;
1790                 LIST_INSERT_HEAD(&uma_boot_pages, slab, us_link);
1791         }
1792         mtx_init(&uma_boot_pages_mtx, "UMA boot pages", NULL, MTX_DEF);
1793
1794 #ifdef UMA_DEBUG
1795         printf("Creating uma zone headers zone and keg.\n");
1796 #endif
1797         args.name = "UMA Zones";
1798         args.size = sizeof(struct uma_zone) +
1799             (sizeof(struct uma_cache) * (mp_maxid + 1));
1800         args.ctor = zone_ctor;
1801         args.dtor = zone_dtor;
1802         args.uminit = zero_init;
1803         args.fini = NULL;
1804         args.keg = NULL;
1805         args.align = 32 - 1;
1806         args.flags = UMA_ZFLAG_INTERNAL;
1807         /* The initial zone has no Per cpu queues so it's smaller */
1808         zone_ctor(zones, sizeof(struct uma_zone), &args, M_WAITOK);
1809
1810 #ifdef UMA_DEBUG
1811         printf("Creating slab and hash zones.\n");
1812 #endif
1813
1814         /* Now make a zone for slab headers */
1815         slabzone = uma_zcreate("UMA Slabs",
1816                                 sizeof(struct uma_slab),
1817                                 NULL, NULL, NULL, NULL,
1818                                 UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1819
1820         hashzone = uma_zcreate("UMA Hash",
1821             sizeof(struct slabhead *) * UMA_HASH_SIZE_INIT,
1822             NULL, NULL, NULL, NULL,
1823             UMA_ALIGN_PTR, UMA_ZFLAG_INTERNAL);
1824
1825         bucket_init();
1826
1827         booted = UMA_STARTUP;
1828
1829 #ifdef UMA_DEBUG
1830         printf("UMA startup complete.\n");
1831 #endif
1832 }
1833
1834 /* see uma.h */
1835 void
1836 uma_startup2(void)
1837 {
1838         booted = UMA_STARTUP2;
1839         bucket_enable();
1840         sx_init(&uma_drain_lock, "umadrain");
1841 #ifdef UMA_DEBUG
1842         printf("UMA startup2 complete.\n");
1843 #endif
1844 }
1845
1846 /*
1847  * Initialize our callout handle
1848  *
1849  */
1850
1851 static void
1852 uma_startup3(void)
1853 {
1854 #ifdef UMA_DEBUG
1855         printf("Starting callout.\n");
1856 #endif
1857         callout_init(&uma_callout, 1);
1858         callout_reset(&uma_callout, UMA_TIMEOUT * hz, uma_timeout, NULL);
1859 #ifdef UMA_DEBUG
1860         printf("UMA startup3 complete.\n");
1861 #endif
1862 }
1863
1864 static uma_keg_t
1865 uma_kcreate(uma_zone_t zone, size_t size, uma_init uminit, uma_fini fini,
1866                 int align, uint32_t flags)
1867 {
1868         struct uma_kctor_args args;
1869
1870         args.size = size;
1871         args.uminit = uminit;
1872         args.fini = fini;
1873         args.align = (align == UMA_ALIGN_CACHE) ? uma_align_cache : align;
1874         args.flags = flags;
1875         args.zone = zone;
1876         return (zone_alloc_item(kegs, &args, M_WAITOK));
1877 }
1878
1879 /* See uma.h */
1880 void
1881 uma_set_align(int align)
1882 {
1883
1884         if (align != UMA_ALIGN_CACHE)
1885                 uma_align_cache = align;
1886 }
1887
1888 /* See uma.h */
1889 uma_zone_t
1890 uma_zcreate(const char *name, size_t size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1891                 uma_init uminit, uma_fini fini, int align, uint32_t flags)
1892
1893 {
1894         struct uma_zctor_args args;
1895         uma_zone_t res;
1896         bool locked;
1897
1898         /* This stuff is essential for the zone ctor */
1899         memset(&args, 0, sizeof(args));
1900         args.name = name;
1901         args.size = size;
1902         args.ctor = ctor;
1903         args.dtor = dtor;
1904         args.uminit = uminit;
1905         args.fini = fini;
1906 #ifdef  INVARIANTS
1907         /*
1908          * If a zone is being created with an empty constructor and
1909          * destructor, pass UMA constructor/destructor which checks for
1910          * memory use after free.
1911          */
1912         if ((!(flags & (UMA_ZONE_ZINIT | UMA_ZONE_NOFREE))) &&
1913             ctor == NULL && dtor == NULL && uminit == NULL && fini == NULL) {
1914                 args.ctor = trash_ctor;
1915                 args.dtor = trash_dtor;
1916                 args.uminit = trash_init;
1917                 args.fini = trash_fini;
1918         }
1919 #endif
1920         args.align = align;
1921         args.flags = flags;
1922         args.keg = NULL;
1923
1924         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1925                 locked = false;
1926         } else {
1927                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1928                 locked = true;
1929         }
1930         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1931         if (locked)
1932                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1933         return (res);
1934 }
1935
1936 /* See uma.h */
1937 uma_zone_t
1938 uma_zsecond_create(char *name, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1939                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_zone_t master)
1940 {
1941         struct uma_zctor_args args;
1942         uma_keg_t keg;
1943         uma_zone_t res;
1944         bool locked;
1945
1946         keg = zone_first_keg(master);
1947         memset(&args, 0, sizeof(args));
1948         args.name = name;
1949         args.size = keg->uk_size;
1950         args.ctor = ctor;
1951         args.dtor = dtor;
1952         args.uminit = zinit;
1953         args.fini = zfini;
1954         args.align = keg->uk_align;
1955         args.flags = keg->uk_flags | UMA_ZONE_SECONDARY;
1956         args.keg = keg;
1957
1958         if (booted < UMA_STARTUP2) {
1959                 locked = false;
1960         } else {
1961                 sx_slock(&uma_drain_lock);
1962                 locked = true;
1963         }
1964         /* XXX Attaches only one keg of potentially many. */
1965         res = zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK);
1966         if (locked)
1967                 sx_sunlock(&uma_drain_lock);
1968         return (res);
1969 }
1970
1971 /* See uma.h */
1972 uma_zone_t
1973 uma_zcache_create(char *name, int size, uma_ctor ctor, uma_dtor dtor,
1974                     uma_init zinit, uma_fini zfini, uma_import zimport,
1975                     uma_release zrelease, void *arg, int flags)
1976 {
1977         struct uma_zctor_args args;
1978
1979         memset(&args, 0, sizeof(args));
1980         args.name = name;
1981         args.size = size;
1982         args.ctor = ctor;
1983         args.dtor = dtor;
1984         args.uminit = zinit;
1985         args.fini = zfini;
1986         args.import = zimport;
1987         args.release = zrelease;
1988         args.arg = arg;
1989         args.align = 0;
1990         args.flags = flags;
1991
1992         return (zone_alloc_item(zones, &args, M_WAITOK));
1993 }
1994
1995 static void
1996 zone_lock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
1997 {
1998         if (a < b) {
1999                 ZONE_LOCK(a);
2000                 mtx_lock_flags(b->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2001         } else {
2002                 ZONE_LOCK(b);
2003                 mtx_lock_flags(a->uz_lockptr, MTX_DUPOK);
2004         }
2005 }
2006
2007 static void
2008 zone_unlock_pair(uma_zone_t a, uma_zone_t b)
2009 {
2010
2011         ZONE_UNLOCK(a);
2012         ZONE_UNLOCK(b);
2013 }
2014
2015 int
2016 uma_zsecond_add(uma_zone_t zone, uma_zone_t master)
2017 {
2018         uma_klink_t klink;
2019         uma_klink_t kl;
2020         int error;
2021
2022         error = 0;
2023         klink = malloc(sizeof(*klink), M_TEMP, M_WAITOK | M_ZERO);
2024
2025         zone_lock_pair(zone, master);
2026         /*
2027          * zone must use vtoslab() to resolve objects and must already be
2028          * a secondary.
2029          */
2030         if ((zone->uz_flags & (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY))
2031             != (UMA_ZONE_VTOSLAB | UMA_ZONE_SECONDARY)) {
2032                 error = EINVAL;
2033                 goto out;
2034         }
2035         /*
2036          * The new master must also use vtoslab().
2037          */
2038         if ((zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) != UMA_ZONE_VTOSLAB) {
2039                 error = EINVAL;
2040                 goto out;
2041         }
2042
2043         /*
2044          * The underlying object must be the same size.  rsize
2045          * may be different.
2046          */
2047         if (master->uz_size != zone->uz_size) {
2048                 error = E2BIG;
2049                 goto out;
2050         }
2051         /*
2052          * Put it at the end of the list.
2053          */
2054         klink->kl_keg = zone_first_keg(master);
2055         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2056                 if (LIST_NEXT(kl, kl_link) == NULL) {
2057                         LIST_INSERT_AFTER(kl, klink, kl_link);
2058                         break;
2059                 }
2060         }
2061         klink = NULL;
2062         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_MULTI;
2063         zone->uz_slab = zone_fetch_slab_multi;
2064
2065 out:
2066         zone_unlock_pair(zone, master);
2067         if (klink != NULL)
2068                 free(klink, M_TEMP);
2069
2070         return (error);
2071 }
2072
2073
2074 /* See uma.h */
2075 void
2076 uma_zdestroy(uma_zone_t zone)
2077 {
2078
2079         sx_slock(&uma_drain_lock);
2080         zone_free_item(zones, zone, NULL, SKIP_NONE);
2081         sx_sunlock(&uma_drain_lock);
2082 }
2083
2084 /* See uma.h */
2085 void *
2086 uma_zalloc_arg(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2087 {
2088         void *item;
2089         uma_cache_t cache;
2090         uma_bucket_t bucket;
2091         int lockfail;
2092         int cpu;
2093
2094         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2095         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2096
2097         /* This is the fast path allocation */
2098 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2099         printf("Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2100 #endif
2101         CTR3(KTR_UMA, "uma_zalloc_arg thread %x zone %s flags %d", curthread,
2102             zone->uz_name, flags);
2103
2104         if (flags & M_WAITOK) {
2105                 WITNESS_WARN(WARN_GIANTOK | WARN_SLEEPOK, NULL,
2106                     "uma_zalloc_arg: zone \"%s\"", zone->uz_name);
2107         }
2108         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2109             ("uma_zalloc_arg: called with spinlock or critical section held"));
2110
2111 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2112         if (memguard_cmp_zone(zone)) {
2113                 item = memguard_alloc(zone->uz_size, flags);
2114                 if (item != NULL) {
2115                         if (zone->uz_init != NULL &&
2116                             zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0)
2117                                 return (NULL);
2118                         if (zone->uz_ctor != NULL &&
2119                             zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata,
2120                             flags) != 0) {
2121                                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2122                                 return (NULL);
2123                         }
2124                         return (item);
2125                 }
2126                 /* This is unfortunate but should not be fatal. */
2127         }
2128 #endif
2129         /*
2130          * If possible, allocate from the per-CPU cache.  There are two
2131          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2132          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2133          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2134          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2135          * preemption and migration.  We release the critical section in
2136          * order to acquire the zone mutex if we are unable to allocate from
2137          * the current cache; when we re-acquire the critical section, we
2138          * must detect and handle migration if it has occurred.
2139          */
2140         critical_enter();
2141         cpu = curcpu;
2142         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2143
2144 zalloc_start:
2145         bucket = cache->uc_allocbucket;
2146         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2147                 bucket->ub_cnt--;
2148                 item = bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt];
2149 #ifdef INVARIANTS
2150                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = NULL;
2151 #endif
2152                 KASSERT(item != NULL, ("uma_zalloc: Bucket pointer mangled."));
2153                 cache->uc_allocs++;
2154                 critical_exit();
2155                 if (zone->uz_ctor != NULL &&
2156                     zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2157                         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2158                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2159                         return (NULL);
2160                 }
2161 #ifdef INVARIANTS
2162                 uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2163 #endif
2164                 if (flags & M_ZERO)
2165                         uma_zero_item(item, zone);
2166                 return (item);
2167         }
2168
2169         /*
2170          * We have run out of items in our alloc bucket.
2171          * See if we can switch with our free bucket.
2172          */
2173         bucket = cache->uc_freebucket;
2174         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt > 0) {
2175 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2176                 printf("uma_zalloc: Swapping empty with alloc.\n");
2177 #endif
2178                 cache->uc_freebucket = cache->uc_allocbucket;
2179                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2180                 goto zalloc_start;
2181         }
2182
2183         /*
2184          * Discard any empty allocation bucket while we hold no locks.
2185          */
2186         bucket = cache->uc_allocbucket;
2187         cache->uc_allocbucket = NULL;
2188         critical_exit();
2189         if (bucket != NULL)
2190                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2191
2192         /* Short-circuit for zones without buckets and low memory. */
2193         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2194                 goto zalloc_item;
2195
2196         /*
2197          * Attempt to retrieve the item from the per-CPU cache has failed, so
2198          * we must go back to the zone.  This requires the zone lock, so we
2199          * must drop the critical section, then re-acquire it when we go back
2200          * to the cache.  Since the critical section is released, we may be
2201          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2202          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2203          * the critical section.
2204          */
2205         lockfail = 0;
2206         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2207                 /* Record contention to size the buckets. */
2208                 ZONE_LOCK(zone);
2209                 lockfail = 1;
2210         }
2211         critical_enter();
2212         cpu = curcpu;
2213         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2214
2215         /*
2216          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2217          */
2218         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2219         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2220         cache->uc_allocs = 0;
2221         cache->uc_frees = 0;
2222
2223         /* See if we lost the race to fill the cache. */
2224         if (cache->uc_allocbucket != NULL) {
2225                 ZONE_UNLOCK(zone);
2226                 goto zalloc_start;
2227         }
2228
2229         /*
2230          * Check the zone's cache of buckets.
2231          */
2232         if ((bucket = LIST_FIRST(&zone->uz_buckets)) != NULL) {
2233                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2234                     ("uma_zalloc_arg: Returning an empty bucket."));
2235
2236                 LIST_REMOVE(bucket, ub_link);
2237                 cache->uc_allocbucket = bucket;
2238                 ZONE_UNLOCK(zone);
2239                 goto zalloc_start;
2240         }
2241         /* We are no longer associated with this CPU. */
2242         critical_exit();
2243
2244         /*
2245          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2246          * handle the working set.
2247          */
2248         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2249                 zone->uz_count++;
2250         ZONE_UNLOCK(zone);
2251
2252         /*
2253          * Now lets just fill a bucket and put it on the free list.  If that
2254          * works we'll restart the allocation from the beginning and it
2255          * will use the just filled bucket.
2256          */
2257         bucket = zone_alloc_bucket(zone, udata, flags);
2258         if (bucket != NULL) {
2259                 ZONE_LOCK(zone);
2260                 critical_enter();
2261                 cpu = curcpu;
2262                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2263                 /*
2264                  * See if we lost the race or were migrated.  Cache the
2265                  * initialized bucket to make this less likely or claim
2266                  * the memory directly.
2267                  */
2268                 if (cache->uc_allocbucket == NULL)
2269                         cache->uc_allocbucket = bucket;
2270                 else
2271                         LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2272                 ZONE_UNLOCK(zone);
2273                 goto zalloc_start;
2274         }
2275
2276         /*
2277          * We may not be able to get a bucket so return an actual item.
2278          */
2279 #ifdef UMA_DEBUG
2280         printf("uma_zalloc_arg: Bucketzone returned NULL\n");
2281 #endif
2282
2283 zalloc_item:
2284         item = zone_alloc_item(zone, udata, flags);
2285
2286         return (item);
2287 }
2288
2289 static uma_slab_t
2290 keg_fetch_slab(uma_keg_t keg, uma_zone_t zone, int flags)
2291 {
2292         uma_slab_t slab;
2293         int reserve;
2294
2295         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2296         slab = NULL;
2297         reserve = 0;
2298         if ((flags & M_USE_RESERVE) == 0)
2299                 reserve = keg->uk_reserve;
2300
2301         for (;;) {
2302                 /*
2303                  * Find a slab with some space.  Prefer slabs that are partially
2304                  * used over those that are totally full.  This helps to reduce
2305                  * fragmentation.
2306                  */
2307                 if (keg->uk_free > reserve) {
2308                         if (!LIST_EMPTY(&keg->uk_part_slab)) {
2309                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_part_slab);
2310                         } else {
2311                                 slab = LIST_FIRST(&keg->uk_free_slab);
2312                                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2313                                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab,
2314                                     us_link);
2315                         }
2316                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2317                         return (slab);
2318                 }
2319
2320                 /*
2321                  * M_NOVM means don't ask at all!
2322                  */
2323                 if (flags & M_NOVM)
2324                         break;
2325
2326                 if (keg->uk_maxpages && keg->uk_pages >= keg->uk_maxpages) {
2327                         keg->uk_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2328                         /*
2329                          * If this is not a multi-zone, set the FULL bit.
2330                          * Otherwise slab_multi() takes care of it.
2331                          */
2332                         if ((zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_MULTI) == 0) {
2333                                 zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2334                                 zone_log_warning(zone);
2335                                 zone_maxaction(zone);
2336                         }
2337                         if (flags & M_NOWAIT)
2338                                 break;
2339                         zone->uz_sleeps++;
2340                         msleep(keg, &keg->uk_lock, PVM, "keglimit", 0);
2341                         continue;
2342                 }
2343                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, flags);
2344                 /*
2345                  * If we got a slab here it's safe to mark it partially used
2346                  * and return.  We assume that the caller is going to remove
2347                  * at least one item.
2348                  */
2349                 if (slab) {
2350                         MPASS(slab->us_keg == keg);
2351                         LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2352                         return (slab);
2353                 }
2354                 /*
2355                  * We might not have been able to get a slab but another cpu
2356                  * could have while we were unlocked.  Check again before we
2357                  * fail.
2358                  */
2359                 flags |= M_NOVM;
2360         }
2361         return (slab);
2362 }
2363
2364 static uma_slab_t
2365 zone_fetch_slab(uma_zone_t zone, uma_keg_t keg, int flags)
2366 {
2367         uma_slab_t slab;
2368
2369         if (keg == NULL) {
2370                 keg = zone_first_keg(zone);
2371                 KEG_LOCK(keg);
2372         }
2373
2374         for (;;) {
2375                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2376                 if (slab)
2377                         return (slab);
2378                 if (flags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2379                         break;
2380         }
2381         KEG_UNLOCK(keg);
2382         return (NULL);
2383 }
2384
2385 /*
2386  * uma_zone_fetch_slab_multi:  Fetches a slab from one available keg.  Returns
2387  * with the keg locked.  On NULL no lock is held.
2388  *
2389  * The last pointer is used to seed the search.  It is not required.
2390  */
2391 static uma_slab_t
2392 zone_fetch_slab_multi(uma_zone_t zone, uma_keg_t last, int rflags)
2393 {
2394         uma_klink_t klink;
2395         uma_slab_t slab;
2396         uma_keg_t keg;
2397         int flags;
2398         int empty;
2399         int full;
2400
2401         /*
2402          * Don't wait on the first pass.  This will skip limit tests
2403          * as well.  We don't want to block if we can find a provider
2404          * without blocking.
2405          */
2406         flags = (rflags & ~M_WAITOK) | M_NOWAIT;
2407         /*
2408          * Use the last slab allocated as a hint for where to start
2409          * the search.
2410          */
2411         if (last != NULL) {
2412                 slab = keg_fetch_slab(last, zone, flags);
2413                 if (slab)
2414                         return (slab);
2415                 KEG_UNLOCK(last);
2416         }
2417         /*
2418          * Loop until we have a slab incase of transient failures
2419          * while M_WAITOK is specified.  I'm not sure this is 100%
2420          * required but we've done it for so long now.
2421          */
2422         for (;;) {
2423                 empty = 0;
2424                 full = 0;
2425                 /*
2426                  * Search the available kegs for slabs.  Be careful to hold the
2427                  * correct lock while calling into the keg layer.
2428                  */
2429                 LIST_FOREACH(klink, &zone->uz_kegs, kl_link) {
2430                         keg = klink->kl_keg;
2431                         KEG_LOCK(keg);
2432                         if ((keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) == 0) {
2433                                 slab = keg_fetch_slab(keg, zone, flags);
2434                                 if (slab)
2435                                         return (slab);
2436                         }
2437                         if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2438                                 full++;
2439                         else
2440                                 empty++;
2441                         KEG_UNLOCK(keg);
2442                 }
2443                 if (rflags & (M_NOWAIT | M_NOVM))
2444                         break;
2445                 flags = rflags;
2446                 /*
2447                  * All kegs are full.  XXX We can't atomically check all kegs
2448                  * and sleep so just sleep for a short period and retry.
2449                  */
2450                 if (full && !empty) {
2451                         ZONE_LOCK(zone);
2452                         zone->uz_flags |= UMA_ZFLAG_FULL;
2453                         zone->uz_sleeps++;
2454                         zone_log_warning(zone);
2455                         zone_maxaction(zone);
2456                         msleep(zone, zone->uz_lockptr, PVM,
2457                             "zonelimit", hz/100);
2458                         zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2459                         ZONE_UNLOCK(zone);
2460                         continue;
2461                 }
2462         }
2463         return (NULL);
2464 }
2465
2466 static void *
2467 slab_alloc_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab)
2468 {
2469         void *item;
2470         uint8_t freei;
2471
2472         MPASS(keg == slab->us_keg);
2473         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2474
2475         freei = BIT_FFS(SLAB_SETSIZE, &slab->us_free) - 1;
2476         BIT_CLR(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2477         item = slab->us_data + (keg->uk_rsize * freei);
2478         slab->us_freecount--;
2479         keg->uk_free--;
2480
2481         /* Move this slab to the full list */
2482         if (slab->us_freecount == 0) {
2483                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2484                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_full_slab, slab, us_link);
2485         }
2486
2487         return (item);
2488 }
2489
2490 static int
2491 zone_import(uma_zone_t zone, void **bucket, int max, int flags)
2492 {
2493         uma_slab_t slab;
2494         uma_keg_t keg;
2495         int i;
2496
2497         slab = NULL;
2498         keg = NULL;
2499         /* Try to keep the buckets totally full */
2500         for (i = 0; i < max; ) {
2501                 if ((slab = zone->uz_slab(zone, keg, flags)) == NULL)
2502                         break;
2503                 keg = slab->us_keg;
2504                 while (slab->us_freecount && i < max) { 
2505                         bucket[i++] = slab_alloc_item(keg, slab);
2506                         if (keg->uk_free <= keg->uk_reserve)
2507                                 break;
2508                 }
2509                 /* Don't grab more than one slab at a time. */
2510                 flags &= ~M_WAITOK;
2511                 flags |= M_NOWAIT;
2512         }
2513         if (slab != NULL)
2514                 KEG_UNLOCK(keg);
2515
2516         return i;
2517 }
2518
2519 static uma_bucket_t
2520 zone_alloc_bucket(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2521 {
2522         uma_bucket_t bucket;
2523         int max;
2524
2525         /* Don't wait for buckets, preserve caller's NOVM setting. */
2526         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT | (flags & M_NOVM));
2527         if (bucket == NULL)
2528                 return (NULL);
2529
2530         max = MIN(bucket->ub_entries, zone->uz_count);
2531         bucket->ub_cnt = zone->uz_import(zone->uz_arg, bucket->ub_bucket,
2532             max, flags);
2533
2534         /*
2535          * Initialize the memory if necessary.
2536          */
2537         if (bucket->ub_cnt != 0 && zone->uz_init != NULL) {
2538                 int i;
2539
2540                 for (i = 0; i < bucket->ub_cnt; i++)
2541                         if (zone->uz_init(bucket->ub_bucket[i], zone->uz_size,
2542                             flags) != 0)
2543                                 break;
2544                 /*
2545                  * If we couldn't initialize the whole bucket, put the
2546                  * rest back onto the freelist.
2547                  */
2548                 if (i != bucket->ub_cnt) {
2549                         zone->uz_release(zone->uz_arg, &bucket->ub_bucket[i],
2550                             bucket->ub_cnt - i);
2551 #ifdef INVARIANTS
2552                         bzero(&bucket->ub_bucket[i],
2553                             sizeof(void *) * (bucket->ub_cnt - i));
2554 #endif
2555                         bucket->ub_cnt = i;
2556                 }
2557         }
2558
2559         if (bucket->ub_cnt == 0) {
2560                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2561                 atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2562                 return (NULL);
2563         }
2564
2565         return (bucket);
2566 }
2567
2568 /*
2569  * Allocates a single item from a zone.
2570  *
2571  * Arguments
2572  *      zone   The zone to alloc for.
2573  *      udata  The data to be passed to the constructor.
2574  *      flags  M_WAITOK, M_NOWAIT, M_ZERO.
2575  *
2576  * Returns
2577  *      NULL if there is no memory and M_NOWAIT is set
2578  *      An item if successful
2579  */
2580
2581 static void *
2582 zone_alloc_item(uma_zone_t zone, void *udata, int flags)
2583 {
2584         void *item;
2585
2586         item = NULL;
2587
2588 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2589         printf("INTERNAL: Allocating one item from %s(%p)\n", zone->uz_name, zone);
2590 #endif
2591         if (zone->uz_import(zone->uz_arg, &item, 1, flags) != 1)
2592                 goto fail;
2593         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, 1);
2594
2595         /*
2596          * We have to call both the zone's init (not the keg's init)
2597          * and the zone's ctor.  This is because the item is going from
2598          * a keg slab directly to the user, and the user is expecting it
2599          * to be both zone-init'd as well as zone-ctor'd.
2600          */
2601         if (zone->uz_init != NULL) {
2602                 if (zone->uz_init(item, zone->uz_size, flags) != 0) {
2603                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_FINI);
2604                         goto fail;
2605                 }
2606         }
2607         if (zone->uz_ctor != NULL) {
2608                 if (zone->uz_ctor(item, zone->uz_size, udata, flags) != 0) {
2609                         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2610                         goto fail;
2611                 }
2612         }
2613 #ifdef INVARIANTS
2614         uma_dbg_alloc(zone, NULL, item);
2615 #endif
2616         if (flags & M_ZERO)
2617                 uma_zero_item(item, zone);
2618
2619         return (item);
2620
2621 fail:
2622         atomic_add_long(&zone->uz_fails, 1);
2623         return (NULL);
2624 }
2625
2626 /* See uma.h */
2627 void
2628 uma_zfree_arg(uma_zone_t zone, void *item, void *udata)
2629 {
2630         uma_cache_t cache;
2631         uma_bucket_t bucket;
2632         int lockfail;
2633         int cpu;
2634
2635         /* Enable entropy collection for RANDOM_ENABLE_UMA kernel option */
2636         random_harvest_fast_uma(&zone, sizeof(zone), 1, RANDOM_UMA);
2637
2638 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC_1
2639         printf("Freeing item %p to %s(%p)\n", item, zone->uz_name, zone);
2640 #endif
2641         CTR2(KTR_UMA, "uma_zfree_arg thread %x zone %s", curthread,
2642             zone->uz_name);
2643
2644         KASSERT(curthread->td_critnest == 0 || SCHEDULER_STOPPED(),
2645             ("uma_zfree_arg: called with spinlock or critical section held"));
2646
2647         /* uma_zfree(..., NULL) does nothing, to match free(9). */
2648         if (item == NULL)
2649                 return;
2650 #ifdef DEBUG_MEMGUARD
2651         if (is_memguard_addr(item)) {
2652                 if (zone->uz_dtor != NULL)
2653                         zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2654                 if (zone->uz_fini != NULL)
2655                         zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2656                 memguard_free(item);
2657                 return;
2658         }
2659 #endif
2660 #ifdef INVARIANTS
2661         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2662                 uma_dbg_free(zone, udata, item);
2663         else
2664                 uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2665 #endif
2666         if (zone->uz_dtor != NULL)
2667                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2668
2669         /*
2670          * The race here is acceptable.  If we miss it we'll just have to wait
2671          * a little longer for the limits to be reset.
2672          */
2673         if (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL)
2674                 goto zfree_item;
2675
2676         /*
2677          * If possible, free to the per-CPU cache.  There are two
2678          * requirements for safe access to the per-CPU cache: (1) the thread
2679          * accessing the cache must not be preempted or yield during access,
2680          * and (2) the thread must not migrate CPUs without switching which
2681          * cache it accesses.  We rely on a critical section to prevent
2682          * preemption and migration.  We release the critical section in
2683          * order to acquire the zone mutex if we are unable to free to the
2684          * current cache; when we re-acquire the critical section, we must
2685          * detect and handle migration if it has occurred.
2686          */
2687 zfree_restart:
2688         critical_enter();
2689         cpu = curcpu;
2690         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2691
2692 zfree_start:
2693         /*
2694          * Try to free into the allocbucket first to give LIFO ordering
2695          * for cache-hot datastructures.  Spill over into the freebucket
2696          * if necessary.  Alloc will swap them if one runs dry.
2697          */
2698         bucket = cache->uc_allocbucket;
2699         if (bucket == NULL || bucket->ub_cnt >= bucket->ub_entries)
2700                 bucket = cache->uc_freebucket;
2701         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2702                 KASSERT(bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] == NULL,
2703                     ("uma_zfree: Freeing to non free bucket index."));
2704                 bucket->ub_bucket[bucket->ub_cnt] = item;
2705                 bucket->ub_cnt++;
2706                 cache->uc_frees++;
2707                 critical_exit();
2708                 return;
2709         }
2710
2711         /*
2712          * We must go back the zone, which requires acquiring the zone lock,
2713          * which in turn means we must release and re-acquire the critical
2714          * section.  Since the critical section is released, we may be
2715          * preempted or migrate.  As such, make sure not to maintain any
2716          * thread-local state specific to the cache from prior to releasing
2717          * the critical section.
2718          */
2719         critical_exit();
2720         if (zone->uz_count == 0 || bucketdisable)
2721                 goto zfree_item;
2722
2723         lockfail = 0;
2724         if (ZONE_TRYLOCK(zone) == 0) {
2725                 /* Record contention to size the buckets. */
2726                 ZONE_LOCK(zone);
2727                 lockfail = 1;
2728         }
2729         critical_enter();
2730         cpu = curcpu;
2731         cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2732
2733         /*
2734          * Since we have locked the zone we may as well send back our stats.
2735          */
2736         atomic_add_long(&zone->uz_allocs, cache->uc_allocs);
2737         atomic_add_long(&zone->uz_frees, cache->uc_frees);
2738         cache->uc_allocs = 0;
2739         cache->uc_frees = 0;
2740
2741         bucket = cache->uc_freebucket;
2742         if (bucket != NULL && bucket->ub_cnt < bucket->ub_entries) {
2743                 ZONE_UNLOCK(zone);
2744                 goto zfree_start;
2745         }
2746         cache->uc_freebucket = NULL;
2747         /* We are no longer associated with this CPU. */
2748         critical_exit();
2749
2750         /* Can we throw this on the zone full list? */
2751         if (bucket != NULL) {
2752 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2753                 printf("uma_zfree: Putting old bucket on the free list.\n");
2754 #endif
2755                 /* ub_cnt is pointing to the last free item */
2756                 KASSERT(bucket->ub_cnt != 0,
2757                     ("uma_zfree: Attempting to insert an empty bucket onto the full list.\n"));
2758                 LIST_INSERT_HEAD(&zone->uz_buckets, bucket, ub_link);
2759         }
2760
2761         /*
2762          * We bump the uz count when the cache size is insufficient to
2763          * handle the working set.
2764          */
2765         if (lockfail && zone->uz_count < BUCKET_MAX)
2766                 zone->uz_count++;
2767         ZONE_UNLOCK(zone);
2768
2769 #ifdef UMA_DEBUG_ALLOC
2770         printf("uma_zfree: Allocating new free bucket.\n");
2771 #endif
2772         bucket = bucket_alloc(zone, udata, M_NOWAIT);
2773         if (bucket) {
2774                 critical_enter();
2775                 cpu = curcpu;
2776                 cache = &zone->uz_cpu[cpu];
2777                 if (cache->uc_freebucket == NULL) {
2778                         cache->uc_freebucket = bucket;
2779                         goto zfree_start;
2780                 }
2781                 /*
2782                  * We lost the race, start over.  We have to drop our
2783                  * critical section to free the bucket.
2784                  */
2785                 critical_exit();
2786                 bucket_free(zone, bucket, udata);
2787                 goto zfree_restart;
2788         }
2789
2790         /*
2791          * If nothing else caught this, we'll just do an internal free.
2792          */
2793 zfree_item:
2794         zone_free_item(zone, item, udata, SKIP_DTOR);
2795
2796         return;
2797 }
2798
2799 static void
2800 slab_free_item(uma_keg_t keg, uma_slab_t slab, void *item)
2801 {
2802         uint8_t freei;
2803
2804         mtx_assert(&keg->uk_lock, MA_OWNED);
2805         MPASS(keg == slab->us_keg);
2806
2807         /* Do we need to remove from any lists? */
2808         if (slab->us_freecount+1 == keg->uk_ipers) {
2809                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2810                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
2811         } else if (slab->us_freecount == 0) {
2812                 LIST_REMOVE(slab, us_link);
2813                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_part_slab, slab, us_link);
2814         }
2815
2816         /* Slab management. */
2817         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
2818         BIT_SET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_free);
2819         slab->us_freecount++;
2820
2821         /* Keg statistics. */
2822         keg->uk_free++;
2823 }
2824
2825 static void
2826 zone_release(uma_zone_t zone, void **bucket, int cnt)
2827 {
2828         void *item;
2829         uma_slab_t slab;
2830         uma_keg_t keg;
2831         uint8_t *mem;
2832         int clearfull;
2833         int i;
2834
2835         clearfull = 0;
2836         keg = zone_first_keg(zone);
2837         KEG_LOCK(keg);
2838         for (i = 0; i < cnt; i++) {
2839                 item = bucket[i];
2840                 if (!(zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB)) {
2841                         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
2842                         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_HASH) {
2843                                 slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
2844                         } else {
2845                                 mem += keg->uk_pgoff;
2846                                 slab = (uma_slab_t)mem;
2847                         }
2848                 } else {
2849                         slab = vtoslab((vm_offset_t)item);
2850                         if (slab->us_keg != keg) {
2851                                 KEG_UNLOCK(keg);
2852                                 keg = slab->us_keg;
2853                                 KEG_LOCK(keg);
2854                         }
2855                 }
2856                 slab_free_item(keg, slab, item);
2857                 if (keg->uk_flags & UMA_ZFLAG_FULL) {
2858                         if (keg->uk_pages < keg->uk_maxpages) {
2859                                 keg->uk_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2860                                 clearfull = 1;
2861                         }
2862
2863                         /* 
2864                          * We can handle one more allocation. Since we're
2865                          * clearing ZFLAG_FULL, wake up all procs blocked
2866                          * on pages. This should be uncommon, so keeping this
2867                          * simple for now (rather than adding count of blocked 
2868                          * threads etc).
2869                          */
2870                         wakeup(keg);
2871                 }
2872         }
2873         KEG_UNLOCK(keg);
2874         if (clearfull) {
2875                 ZONE_LOCK(zone);
2876                 zone->uz_flags &= ~UMA_ZFLAG_FULL;
2877                 wakeup(zone);
2878                 ZONE_UNLOCK(zone);
2879         }
2880
2881 }
2882
2883 /*
2884  * Frees a single item to any zone.
2885  *
2886  * Arguments:
2887  *      zone   The zone to free to
2888  *      item   The item we're freeing
2889  *      udata  User supplied data for the dtor
2890  *      skip   Skip dtors and finis
2891  */
2892 static void
2893 zone_free_item(uma_zone_t zone, void *item, void *udata, enum zfreeskip skip)
2894 {
2895
2896 #ifdef INVARIANTS
2897         if (skip == SKIP_NONE) {
2898                 if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_MALLOC)
2899                         uma_dbg_free(zone, udata, item);
2900                 else
2901                         uma_dbg_free(zone, NULL, item);
2902         }
2903 #endif
2904         if (skip < SKIP_DTOR && zone->uz_dtor)
2905                 zone->uz_dtor(item, zone->uz_size, udata);
2906
2907         if (skip < SKIP_FINI && zone->uz_fini)
2908                 zone->uz_fini(item, zone->uz_size);
2909
2910         atomic_add_long(&zone->uz_frees, 1);
2911         zone->uz_release(zone->uz_arg, &item, 1);
2912 }
2913
2914 /* See uma.h */
2915 int
2916 uma_zone_set_max(uma_zone_t zone, int nitems)
2917 {
2918         uma_keg_t keg;
2919
2920         keg = zone_first_keg(zone);
2921         if (keg == NULL)
2922                 return (0);
2923         KEG_LOCK(keg);
2924         keg->uk_maxpages = (nitems / keg->uk_ipers) * keg->uk_ppera;
2925         if (keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers < nitems)
2926                 keg->uk_maxpages += keg->uk_ppera;
2927         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2928         KEG_UNLOCK(keg);
2929
2930         return (nitems);
2931 }
2932
2933 /* See uma.h */
2934 int
2935 uma_zone_get_max(uma_zone_t zone)
2936 {
2937         int nitems;
2938         uma_keg_t keg;
2939
2940         keg = zone_first_keg(zone);
2941         if (keg == NULL)
2942                 return (0);
2943         KEG_LOCK(keg);
2944         nitems = keg->uk_maxpages * keg->uk_ipers;
2945         KEG_UNLOCK(keg);
2946
2947         return (nitems);
2948 }
2949
2950 /* See uma.h */
2951 void
2952 uma_zone_set_warning(uma_zone_t zone, const char *warning)
2953 {
2954
2955         ZONE_LOCK(zone);
2956         zone->uz_warning = warning;
2957         ZONE_UNLOCK(zone);
2958 }
2959
2960 /* See uma.h */
2961 void
2962 uma_zone_set_maxaction(uma_zone_t zone, uma_maxaction_t maxaction)
2963 {
2964
2965         ZONE_LOCK(zone);
2966         TASK_INIT(&zone->uz_maxaction, 0, (task_fn_t *)maxaction, zone);
2967         ZONE_UNLOCK(zone);
2968 }
2969
2970 /* See uma.h */
2971 int
2972 uma_zone_get_cur(uma_zone_t zone)
2973 {
2974         int64_t nitems;
2975         u_int i;
2976
2977         ZONE_LOCK(zone);
2978         nitems = zone->uz_allocs - zone->uz_frees;
2979         CPU_FOREACH(i) {
2980                 /*
2981                  * See the comment in sysctl_vm_zone_stats() regarding the
2982                  * safety of accessing the per-cpu caches. With the zone lock
2983                  * held, it is safe, but can potentially result in stale data.
2984                  */
2985                 nitems += zone->uz_cpu[i].uc_allocs -
2986                     zone->uz_cpu[i].uc_frees;
2987         }
2988         ZONE_UNLOCK(zone);
2989
2990         return (nitems < 0 ? 0 : nitems);
2991 }
2992
2993 /* See uma.h */
2994 void
2995 uma_zone_set_init(uma_zone_t zone, uma_init uminit)
2996 {
2997         uma_keg_t keg;
2998
2999         keg = zone_first_keg(zone);
3000         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_init: Invalid zone type"));
3001         KEG_LOCK(keg);
3002         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3003             ("uma_zone_set_init on non-empty keg"));
3004         keg->uk_init = uminit;
3005         KEG_UNLOCK(keg);
3006 }
3007
3008 /* See uma.h */
3009 void
3010 uma_zone_set_fini(uma_zone_t zone, uma_fini fini)
3011 {
3012         uma_keg_t keg;
3013
3014         keg = zone_first_keg(zone);
3015         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_fini: Invalid zone type"));
3016         KEG_LOCK(keg);
3017         KASSERT(keg->uk_pages == 0,
3018             ("uma_zone_set_fini on non-empty keg"));
3019         keg->uk_fini = fini;
3020         KEG_UNLOCK(keg);
3021 }
3022
3023 /* See uma.h */
3024 void
3025 uma_zone_set_zinit(uma_zone_t zone, uma_init zinit)
3026 {
3027
3028         ZONE_LOCK(zone);
3029         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3030             ("uma_zone_set_zinit on non-empty keg"));
3031         zone->uz_init = zinit;
3032         ZONE_UNLOCK(zone);
3033 }
3034
3035 /* See uma.h */
3036 void
3037 uma_zone_set_zfini(uma_zone_t zone, uma_fini zfini)
3038 {
3039
3040         ZONE_LOCK(zone);
3041         KASSERT(zone_first_keg(zone)->uk_pages == 0,
3042             ("uma_zone_set_zfini on non-empty keg"));
3043         zone->uz_fini = zfini;
3044         ZONE_UNLOCK(zone);
3045 }
3046
3047 /* See uma.h */
3048 /* XXX uk_freef is not actually used with the zone locked */
3049 void
3050 uma_zone_set_freef(uma_zone_t zone, uma_free freef)
3051 {
3052         uma_keg_t keg;
3053
3054         keg = zone_first_keg(zone);
3055         KASSERT(keg != NULL, ("uma_zone_set_freef: Invalid zone type"));
3056         KEG_LOCK(keg);
3057         keg->uk_freef = freef;
3058         KEG_UNLOCK(keg);
3059 }
3060
3061 /* See uma.h */
3062 /* XXX uk_allocf is not actually used with the zone locked */
3063 void
3064 uma_zone_set_allocf(uma_zone_t zone, uma_alloc allocf)
3065 {
3066         uma_keg_t keg;
3067
3068         keg = zone_first_keg(zone);
3069         KEG_LOCK(keg);
3070         keg->uk_allocf = allocf;
3071         KEG_UNLOCK(keg);
3072 }
3073
3074 /* See uma.h */
3075 void
3076 uma_zone_reserve(uma_zone_t zone, int items)
3077 {
3078         uma_keg_t keg;
3079
3080         keg = zone_first_keg(zone);
3081         if (keg == NULL)
3082                 return;
3083         KEG_LOCK(keg);
3084         keg->uk_reserve = items;
3085         KEG_UNLOCK(keg);
3086
3087         return;
3088 }
3089
3090 /* See uma.h */
3091 int
3092 uma_zone_reserve_kva(uma_zone_t zone, int count)
3093 {
3094         uma_keg_t keg;
3095         vm_offset_t kva;
3096         u_int pages;
3097
3098         keg = zone_first_keg(zone);
3099         if (keg == NULL)
3100                 return (0);
3101         pages = count / keg->uk_ipers;
3102
3103         if (pages * keg->uk_ipers < count)
3104                 pages++;
3105
3106 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3107         if (keg->uk_ppera > 1) {
3108 #else
3109         if (1) {
3110 #endif
3111                 kva = kva_alloc((vm_size_t)pages * UMA_SLAB_SIZE);
3112                 if (kva == 0)
3113                         return (0);
3114         } else
3115                 kva = 0;
3116         KEG_LOCK(keg);
3117         keg->uk_kva = kva;
3118         keg->uk_offset = 0;
3119         keg->uk_maxpages = pages;
3120 #ifdef UMA_MD_SMALL_ALLOC
3121         keg->uk_allocf = (keg->uk_ppera > 1) ? noobj_alloc : uma_small_alloc;
3122 #else
3123         keg->uk_allocf = noobj_alloc;
3124 #endif
3125         keg->uk_flags |= UMA_ZONE_NOFREE;
3126         KEG_UNLOCK(keg);
3127
3128         return (1);
3129 }
3130
3131 /* See uma.h */
3132 void
3133 uma_prealloc(uma_zone_t zone, int items)
3134 {
3135         int slabs;
3136         uma_slab_t slab;
3137         uma_keg_t keg;
3138
3139         keg = zone_first_keg(zone);
3140         if (keg == NULL)
3141                 return;
3142         KEG_LOCK(keg);
3143         slabs = items / keg->uk_ipers;
3144         if (slabs * keg->uk_ipers < items)
3145                 slabs++;
3146         while (slabs > 0) {
3147                 slab = keg_alloc_slab(keg, zone, M_WAITOK);
3148                 if (slab == NULL)
3149                         break;
3150                 MPASS(slab->us_keg == keg);
3151                 LIST_INSERT_HEAD(&keg->uk_free_slab, slab, us_link);
3152                 slabs--;
3153         }
3154         KEG_UNLOCK(keg);
3155 }
3156
3157 /* See uma.h */
3158 static void
3159 uma_reclaim_locked(bool kmem_danger)
3160 {
3161
3162 #ifdef UMA_DEBUG
3163         printf("UMA: vm asked us to release pages!\n");
3164 #endif
3165         sx_assert(&uma_drain_lock, SA_XLOCKED);
3166         bucket_enable();
3167         zone_foreach(zone_drain);
3168         if (vm_page_count_min() || kmem_danger) {
3169                 cache_drain_safe(NULL);
3170                 zone_foreach(zone_drain);
3171         }
3172         /*
3173          * Some slabs may have been freed but this zone will be visited early
3174          * we visit again so that we can free pages that are empty once other
3175          * zones are drained.  We have to do the same for buckets.
3176          */
3177         zone_drain(slabzone);
3178         bucket_zone_drain();
3179 }
3180
3181 void
3182 uma_reclaim(void)
3183 {
3184
3185         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3186         uma_reclaim_locked(false);
3187         sx_xunlock(&uma_drain_lock);
3188 }
3189
3190 static int uma_reclaim_needed;
3191
3192 void
3193 uma_reclaim_wakeup(void)
3194 {
3195
3196         uma_reclaim_needed = 1;
3197         wakeup(&uma_reclaim_needed);
3198 }
3199
3200 void
3201 uma_reclaim_worker(void *arg __unused)
3202 {
3203
3204         sx_xlock(&uma_drain_lock);
3205         for (;;) {
3206                 sx_sleep(&uma_reclaim_needed, &uma_drain_lock, PVM,
3207                     "umarcl", 0);
3208                 if (uma_reclaim_needed) {
3209                         uma_reclaim_needed = 0;
3210                         uma_reclaim_locked(true);
3211                 }
3212         }
3213 }
3214
3215 /* See uma.h */
3216 int
3217 uma_zone_exhausted(uma_zone_t zone)
3218 {
3219         int full;
3220
3221         ZONE_LOCK(zone);
3222         full = (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3223         ZONE_UNLOCK(zone);
3224         return (full);  
3225 }
3226
3227 int
3228 uma_zone_exhausted_nolock(uma_zone_t zone)
3229 {
3230         return (zone->uz_flags & UMA_ZFLAG_FULL);
3231 }
3232
3233 void *
3234 uma_large_malloc(vm_size_t size, int wait)
3235 {
3236         void *mem;
3237         uma_slab_t slab;
3238         uint8_t flags;
3239
3240         slab = zone_alloc_item(slabzone, NULL, wait);
3241         if (slab == NULL)
3242                 return (NULL);
3243         mem = page_alloc(NULL, size, &flags, wait);
3244         if (mem) {
3245                 vsetslab((vm_offset_t)mem, slab);
3246                 slab->us_data = mem;
3247                 slab->us_flags = flags | UMA_SLAB_MALLOC;
3248                 slab->us_size = size;
3249         } else {
3250                 zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3251         }
3252
3253         return (mem);
3254 }
3255
3256 void
3257 uma_large_free(uma_slab_t slab)
3258 {
3259
3260         page_free(slab->us_data, slab->us_size, slab->us_flags);
3261         zone_free_item(slabzone, slab, NULL, SKIP_NONE);
3262 }
3263
3264 static void
3265 uma_zero_item(void *item, uma_zone_t zone)
3266 {
3267         int i;
3268
3269         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_PCPU) {
3270                 CPU_FOREACH(i)
3271                         bzero(zpcpu_get_cpu(item, i), zone->uz_size);
3272         } else
3273                 bzero(item, zone->uz_size);
3274 }
3275
3276 void
3277 uma_print_stats(void)
3278 {
3279         zone_foreach(uma_print_zone);
3280 }
3281
3282 static void
3283 slab_print(uma_slab_t slab)
3284 {
3285         printf("slab: keg %p, data %p, freecount %d\n",
3286                 slab->us_keg, slab->us_data, slab->us_freecount);
3287 }
3288
3289 static void
3290 cache_print(uma_cache_t cache)
3291 {
3292         printf("alloc: %p(%d), free: %p(%d)\n",
3293                 cache->uc_allocbucket,
3294                 cache->uc_allocbucket?cache->uc_allocbucket->ub_cnt:0,
3295                 cache->uc_freebucket,
3296                 cache->uc_freebucket?cache->uc_freebucket->ub_cnt:0);
3297 }
3298
3299 static void
3300 uma_print_keg(uma_keg_t keg)
3301 {
3302         uma_slab_t slab;
3303
3304         printf("keg: %s(%p) size %d(%d) flags %#x ipers %d ppera %d "
3305             "out %d free %d limit %d\n",
3306             keg->uk_name, keg, keg->uk_size, keg->uk_rsize, keg->uk_flags,
3307             keg->uk_ipers, keg->uk_ppera,
3308             (keg->uk_ipers * keg->uk_pages) - keg->uk_free, keg->uk_free,
3309             (keg->uk_maxpages / keg->uk_ppera) * keg->uk_ipers);
3310         printf("Part slabs:\n");
3311         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_part_slab, us_link)
3312                 slab_print(slab);
3313         printf("Free slabs:\n");
3314         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_free_slab, us_link)
3315                 slab_print(slab);
3316         printf("Full slabs:\n");
3317         LIST_FOREACH(slab, &keg->uk_full_slab, us_link)
3318                 slab_print(slab);
3319 }
3320
3321 void
3322 uma_print_zone(uma_zone_t zone)
3323 {
3324         uma_cache_t cache;
3325         uma_klink_t kl;
3326         int i;
3327
3328         printf("zone: %s(%p) size %d flags %#x\n",
3329             zone->uz_name, zone, zone->uz_size, zone->uz_flags);
3330         LIST_FOREACH(kl, &zone->uz_kegs, kl_link)
3331                 uma_print_keg(kl->kl_keg);
3332         CPU_FOREACH(i) {
3333                 cache = &zone->uz_cpu[i];
3334                 printf("CPU %d Cache:\n", i);
3335                 cache_print(cache);
3336         }
3337 }
3338
3339 #ifdef DDB
3340 /*
3341  * Generate statistics across both the zone and its per-cpu cache's.  Return
3342  * desired statistics if the pointer is non-NULL for that statistic.
3343  *
3344  * Note: does not update the zone statistics, as it can't safely clear the
3345  * per-CPU cache statistic.
3346  *
3347  * XXXRW: Following the uc_allocbucket and uc_freebucket pointers here isn't
3348  * safe from off-CPU; we should modify the caches to track this information
3349  * directly so that we don't have to.
3350  */
3351 static void
3352 uma_zone_sumstat(uma_zone_t z, int *cachefreep, uint64_t *allocsp,
3353     uint64_t *freesp, uint64_t *sleepsp)
3354 {
3355         uma_cache_t cache;
3356         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3357         int cachefree, cpu;
3358
3359         allocs = frees = sleeps = 0;
3360         cachefree = 0;
3361         CPU_FOREACH(cpu) {
3362                 cache = &z->uz_cpu[cpu];
3363                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3364                         cachefree += cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3365                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3366                         cachefree += cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3367                 allocs += cache->uc_allocs;
3368                 frees += cache->uc_frees;
3369         }
3370         allocs += z->uz_allocs;
3371         frees += z->uz_frees;
3372         sleeps += z->uz_sleeps;
3373         if (cachefreep != NULL)
3374                 *cachefreep = cachefree;
3375         if (allocsp != NULL)
3376                 *allocsp = allocs;
3377         if (freesp != NULL)
3378                 *freesp = frees;
3379         if (sleepsp != NULL)
3380                 *sleepsp = sleeps;
3381 }
3382 #endif /* DDB */
3383
3384 static int
3385 sysctl_vm_zone_count(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3386 {
3387         uma_keg_t kz;
3388         uma_zone_t z;
3389         int count;
3390
3391         count = 0;
3392         rw_rlock(&uma_rwlock);
3393         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3394                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3395                         count++;
3396         }
3397         rw_runlock(&uma_rwlock);
3398         return (sysctl_handle_int(oidp, &count, 0, req));
3399 }
3400
3401 static int
3402 sysctl_vm_zone_stats(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3403 {
3404         struct uma_stream_header ush;
3405         struct uma_type_header uth;
3406         struct uma_percpu_stat ups;
3407         uma_bucket_t bucket;
3408         struct sbuf sbuf;
3409         uma_cache_t cache;
3410         uma_klink_t kl;
3411         uma_keg_t kz;
3412         uma_zone_t z;
3413         uma_keg_t k;
3414         int count, error, i;
3415
3416         error = sysctl_wire_old_buffer(req, 0);
3417         if (error != 0)
3418                 return (error);
3419         sbuf_new_for_sysctl(&sbuf, NULL, 128, req);
3420         sbuf_clear_flags(&sbuf, SBUF_INCLUDENUL);
3421
3422         count = 0;
3423         rw_rlock(&uma_rwlock);
3424         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3425                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link)
3426                         count++;
3427         }
3428
3429         /*
3430          * Insert stream header.
3431          */
3432         bzero(&ush, sizeof(ush));
3433         ush.ush_version = UMA_STREAM_VERSION;
3434         ush.ush_maxcpus = (mp_maxid + 1);
3435         ush.ush_count = count;
3436         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ush, sizeof(ush));
3437
3438         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3439                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3440                         bzero(&uth, sizeof(uth));
3441                         ZONE_LOCK(z);
3442                         strlcpy(uth.uth_name, z->uz_name, UTH_MAX_NAME);
3443                         uth.uth_align = kz->uk_align;
3444                         uth.uth_size = kz->uk_size;
3445                         uth.uth_rsize = kz->uk_rsize;
3446                         LIST_FOREACH(kl, &z->uz_kegs, kl_link) {
3447                                 k = kl->kl_keg;
3448                                 uth.uth_maxpages += k->uk_maxpages;
3449                                 uth.uth_pages += k->uk_pages;
3450                                 uth.uth_keg_free += k->uk_free;
3451                                 uth.uth_limit = (k->uk_maxpages / k->uk_ppera)
3452                                     * k->uk_ipers;
3453                         }
3454
3455                         /*
3456                          * A zone is secondary is it is not the first entry
3457                          * on the keg's zone list.
3458                          */
3459                         if ((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3460                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z))
3461                                 uth.uth_zone_flags = UTH_ZONE_SECONDARY;
3462
3463                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3464                                 uth.uth_zone_free += bucket->ub_cnt;
3465                         uth.uth_allocs = z->uz_allocs;
3466                         uth.uth_frees = z->uz_frees;
3467                         uth.uth_fails = z->uz_fails;
3468                         uth.uth_sleeps = z->uz_sleeps;
3469                         (void)sbuf_bcat(&sbuf, &uth, sizeof(uth));
3470                         /*
3471                          * While it is not normally safe to access the cache
3472                          * bucket pointers while not on the CPU that owns the
3473                          * cache, we only allow the pointers to be exchanged
3474                          * without the zone lock held, not invalidated, so
3475                          * accept the possible race associated with bucket
3476                          * exchange during monitoring.
3477                          */
3478                         for (i = 0; i < (mp_maxid + 1); i++) {
3479                                 bzero(&ups, sizeof(ups));
3480                                 if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL)
3481                                         goto skip;
3482                                 if (CPU_ABSENT(i))
3483                                         goto skip;
3484                                 cache = &z->uz_cpu[i];
3485                                 if (cache->uc_allocbucket != NULL)
3486                                         ups.ups_cache_free +=
3487                                             cache->uc_allocbucket->ub_cnt;
3488                                 if (cache->uc_freebucket != NULL)
3489                                         ups.ups_cache_free +=
3490                                             cache->uc_freebucket->ub_cnt;
3491                                 ups.ups_allocs = cache->uc_allocs;
3492                                 ups.ups_frees = cache->uc_frees;
3493 skip:
3494                                 (void)sbuf_bcat(&sbuf, &ups, sizeof(ups));
3495                         }
3496                         ZONE_UNLOCK(z);
3497                 }
3498         }
3499         rw_runlock(&uma_rwlock);
3500         error = sbuf_finish(&sbuf);
3501         sbuf_delete(&sbuf);
3502         return (error);
3503 }
3504
3505 int
3506 sysctl_handle_uma_zone_max(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3507 {
3508         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3509         int error, max;
3510
3511         max = uma_zone_get_max(zone);
3512         error = sysctl_handle_int(oidp, &max, 0, req);
3513         if (error || !req->newptr)
3514                 return (error);
3515
3516         uma_zone_set_max(zone, max);
3517
3518         return (0);
3519 }
3520
3521 int
3522 sysctl_handle_uma_zone_cur(SYSCTL_HANDLER_ARGS)
3523 {
3524         uma_zone_t zone = *(uma_zone_t *)arg1;
3525         int cur;
3526
3527         cur = uma_zone_get_cur(zone);
3528         return (sysctl_handle_int(oidp, &cur, 0, req));
3529 }
3530
3531 #ifdef INVARIANTS
3532 static uma_slab_t
3533 uma_dbg_getslab(uma_zone_t zone, void *item)
3534 {
3535         uma_slab_t slab;
3536         uma_keg_t keg;
3537         uint8_t *mem;
3538
3539         mem = (uint8_t *)((uintptr_t)item & (~UMA_SLAB_MASK));
3540         if (zone->uz_flags & UMA_ZONE_VTOSLAB) {
3541                 slab = vtoslab((vm_offset_t)mem);
3542         } else {
3543                 /*
3544                  * It is safe to return the slab here even though the
3545                  * zone is unlocked because the item's allocation state
3546                  * essentially holds a reference.
3547                  */
3548                 ZONE_LOCK(zone);
3549                 keg = LIST_FIRST(&zone->uz_kegs)->kl_keg;
3550                 if (keg->uk_flags & UMA_ZONE_HASH)
3551                         slab = hash_sfind(&keg->uk_hash, mem);
3552                 else
3553                         slab = (uma_slab_t)(mem + keg->uk_pgoff);
3554                 ZONE_UNLOCK(zone);
3555         }
3556
3557         return (slab);
3558 }
3559
3560 /*
3561  * Set up the slab's freei data such that uma_dbg_free can function.
3562  *
3563  */
3564 static void
3565 uma_dbg_alloc(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3566 {
3567         uma_keg_t keg;
3568         int freei;
3569
3570         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3571                 return;
3572         if (slab == NULL) {
3573                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3574                 if (slab == NULL) 
3575                         panic("uma: item %p did not belong to zone %s\n",
3576                             item, zone->uz_name);
3577         }
3578         keg = slab->us_keg;
3579         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3580
3581         if (BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3582                 panic("Duplicate alloc of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3583                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3584         BIT_SET_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3585
3586         return;
3587 }
3588
3589 /*
3590  * Verifies freed addresses.  Checks for alignment, valid slab membership
3591  * and duplicate frees.
3592  *
3593  */
3594 static void
3595 uma_dbg_free(uma_zone_t zone, uma_slab_t slab, void *item)
3596 {
3597         uma_keg_t keg;
3598         int freei;
3599
3600         if (zone_first_keg(zone) == NULL)
3601                 return;
3602         if (slab == NULL) {
3603                 slab = uma_dbg_getslab(zone, item);
3604                 if (slab == NULL) 
3605                         panic("uma: Freed item %p did not belong to zone %s\n",
3606                             item, zone->uz_name);
3607         }
3608         keg = slab->us_keg;
3609         freei = ((uintptr_t)item - (uintptr_t)slab->us_data) / keg->uk_rsize;
3610
3611         if (freei >= keg->uk_ipers)
3612                 panic("Invalid free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3613                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3614
3615         if (((freei * keg->uk_rsize) + slab->us_data) != item) 
3616                 panic("Unaligned free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3617                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3618
3619         if (!BIT_ISSET(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree))
3620                 panic("Duplicate free of %p from zone %p(%s) slab %p(%d)\n",
3621                     item, zone, zone->uz_name, slab, freei);
3622
3623         BIT_CLR_ATOMIC(SLAB_SETSIZE, freei, &slab->us_debugfree);
3624 }
3625 #endif /* INVARIANTS */
3626
3627 #ifdef DDB
3628 DB_SHOW_COMMAND(uma, db_show_uma)
3629 {
3630         uint64_t allocs, frees, sleeps;
3631         uma_bucket_t bucket;
3632         uma_keg_t kz;
3633         uma_zone_t z;
3634         int cachefree;
3635
3636         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s %8s\n", "Zone", "Size", "Used",
3637             "Free", "Requests", "Sleeps", "Bucket");
3638         LIST_FOREACH(kz, &uma_kegs, uk_link) {
3639                 LIST_FOREACH(z, &kz->uk_zones, uz_link) {
3640                         if (kz->uk_flags & UMA_ZFLAG_INTERNAL) {
3641                                 allocs = z->uz_allocs;
3642                                 frees = z->uz_frees;
3643                                 sleeps = z->uz_sleeps;
3644                                 cachefree = 0;
3645                         } else
3646                                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs,
3647                                     &frees, &sleeps);
3648                         if (!((z->uz_flags & UMA_ZONE_SECONDARY) &&
3649                             (LIST_FIRST(&kz->uk_zones) != z)))
3650                                 cachefree += kz->uk_free;
3651                         LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3652                                 cachefree += bucket->ub_cnt;
3653                         db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8ju %8u\n",
3654                             z->uz_name, (uintmax_t)kz->uk_size,
3655                             (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3656                             (uintmax_t)allocs, sleeps, z->uz_count);
3657                         if (db_pager_quit)
3658                                 return;
3659                 }
3660         }
3661 }
3662
3663 DB_SHOW_COMMAND(umacache, db_show_umacache)
3664 {
3665         uint64_t allocs, frees;
3666         uma_bucket_t bucket;
3667         uma_zone_t z;
3668         int cachefree;
3669
3670         db_printf("%18s %8s %8s %8s %12s %8s\n", "Zone", "Size", "Used", "Free",
3671             "Requests", "Bucket");
3672         LIST_FOREACH(z, &uma_cachezones, uz_link) {
3673                 uma_zone_sumstat(z, &cachefree, &allocs, &frees, NULL);
3674                 LIST_FOREACH(bucket, &z->uz_buckets, ub_link)
3675                         cachefree += bucket->ub_cnt;
3676                 db_printf("%18s %8ju %8jd %8d %12ju %8u\n",
3677                     z->uz_name, (uintmax_t)z->uz_size,
3678                     (intmax_t)(allocs - frees), cachefree,
3679                     (uintmax_t)allocs, z->uz_count);
3680                 if (db_pager_quit)
3681                         return;
3682         }
3683 }
3684 #endif  /* DDB */